Messung von Heliumkonzentration

An der Straßenoberfläche wurde das Helium anschließend mit einem mobilen Heliumdetektionsgerät mit Schnüffelsonde aufgespürt (Bild 4). Das Helium tritt dabei durch eine temperierte Quarzmembran an dem Handdetektor ein. Diese Membran ist nur für Helium durchlässig. Um den Verlauf der Fernwärmerohre kenntlich zu machen und die Messungen zu erleichtern, sind vorher im Abstand von 3 bis 5 m mit einer handelsüblichen Bohrmaschine rd. 30 cm tiefe Löcher in die befestigten Oberflächen gebohrt worden. Dabei ist eine proaktive Kommunikation mit Behörden, wie dem Straßenbaulastträger, sowie eine ausreichende Information der Bürger unerlässlich.

Im weiteren Verlauf können auf dem Display des Heliumdetektionsgeräts selbst kleinste Helium-Konzentrationen abgelesen werden. Zusätzlich ertönt nach weniger als zwei Sekunden ein akustisches Signal, wenn entweichendes Helium identifiziert wurde. Der Grenzwert liegt dabei bei 10 ppm (parts per million). Wurde der Grenzwert in der Nähe einer Fernwärmeleitung überschritten, schlug das Gerät sofort aus und deutete auf eine Leckage in der Leitung hin.

Um sicherzustellen, dass es sich bei dem gemessenen Heliumgas nicht um einen Schaden an einer Gasleitung handelte, wurde auch auf Methan getestet. Zu beachten ist, dass Messergebnisse durch ggf. vorhandene Leerrohranlagen verfälscht werden können.

Optimierung der Heliumgasortung mit Vakuumtechnik

Die Leistung des Heliumdetektionsgeräts wurde vom Vertragspartner der Rhein-Energie, der Leckortungsprofis-KSC, durch den Einsatz einer kombinierten Vakuumpumpe deutlich verbessert. Das Helium, das durch die Leckagen der unterschiedlichen Fernwärmeverlegesysteme in das Erdreich strömt und sich dort verteilt, soll sowohl bei schwierigen Bodenverhältnissen als auch bei feuchten und versiegelten Oberflächen in ausreichender Menge gemessen werden. Genau dort setzt die Vakuumtechnik an. Die Leckagen im Rohrnetz können dadurch viel früher und zielgerichteter erkannt werden.

Damit das Ansaugsystem optimal arbeiten kann, ist die Abstimmung von der Saug- und Unterdruckleistung sowie die Abdichtung zum Boden wichtig. Das angesaugte Luft-Gasgemisch wird durch mehrere Grob- und Feinfilter von Feinstaubpartikeln gereinigt und durchläuft anschließend einen Absorber, der dafür sorgt, dass es zu keiner Verdünnung der Gaskonzentration durch die miteingesaugte Bodenluft kommt. Dabei werden dann rd. 10 % der angesaugten Luft optimal gereinigt, so dass eine hohe Konzentration des Tracergases zu messen ist. Dieser kleine Teilstrom wird dann mit dem optimalen Druck zum Gasspürgerät für die exakte Analyse weitergeleitet. Somit kann die Trefferquote zur Auffindung von Leckagen im Fernwärmenetz um ein Mehrfaches erhöht werden.

Fazit

Helium wird seit einigen Jahren für die Detektion von Leckagen an verschiedenen verfahrenstechnischen Systemen eingesetzt. In der flächendeckenden Anwendung in großen Fernwärmenetzen konnte es sich nicht durchsetzen. Dies hat mehrere Gründe. Zum einen steht das Gas Helium nicht unbegrenzt auf dem Markt zur Verfügung. Zum anderen wird eine Anlage zur schnellen Beladung des Wassers in den Rohrleitungen mit Helium benötigt, das im laufenden Betrieb flexibel eingesetzt werden kann. Weiterhin wird ein ausreichend genaues Analysegerät benötigt, das in der Lage ist, das austretende Helium mit der ausreichenden Präzision zu detektieren, und schließlich müssen die Messergebnisse dokumentiert und richtig interpretiert werden. Dazu wurden unter der Leitung der Rhein-Energie verschiedene Kompetenzen erfolgreich gebündelt.

Die Methode der Leckagesuche mit Helium war für die Rhein-Energie ein voller Erfolg. Trotz der großen Netzlänge und einiger Spezifika hat das Projekt von den ersten Sondierungen bis zur Reparatur der ersten signifikanten Rohrbrüche nicht mehr als vier Monate in Anspruch genommen.

Als Resultat wurden unter Einbeziehung der Ergebnisse aus den anderen Verfahren relevante Rohrbrüche identifiziert und priorisiert, die mit den üblichen Verfahren nur schwer aufzuspüren wären. Durch das Abdichten der gefundenen Rohrbrüche konnten die Wasserverluste aus dem Fernwärmenetz deutlich reduziert werden.

Insgesamt hat sich die Leckagesuche mit Helium neben der Wirtschaftlichkeit und positiven Umwelteffekten als sehr zuverlässig und sicher in der Anwendung erwiesen. Deshalb wird sie auch weiterhin von der Rhein-Energie in Kombination mit den anderen Leckortungsmethoden im Fernwärmenetz eingesetzt werden.

Dipl.-Ing. (FH), MBA, Murat Firsatvermez, Leiter Bau / Betrieb / Instandhaltung Fernwärme, Technischer Netzservice, Rhein-Energie AG, Köln, m.firsatvermez@rheinenergie.com, www.rheinenergie.com