CH623911A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Leckdetektor mit einem 45 Einlass und einem Auslass zum Einfügen in ein Flüssigkeitsleitungssystem.

Die Erfassung bzw. das Detektieren von Lecks in Leitungen zum Transport von Flüssigkeiten durch

— sogenanntes Abpressen der Leitung, 50

— volumetrisches Messen des der Leitung pro Zeiteinheit zu- bzw. abgeführten Flüssigkeitsvolumens und durch

— mechanisches, elektrisches oder thermisches Messen der Strömungsgeschwindigkeit am Eingang und am Ausgang der zu überwachenden Leitung ist grundsätzlich bekannt. 55 Zweifelsohne erlaubt das Abpressen die Detektion der absolut kleinsten Lecks. Diese Methode ist jedoch komplex und umständlich und besitzt ferner den Nachteil, dass über dem Betriebsdruck der Leitung liegende Drucke angewandt werden müssen.

Die Problematik der Leckdetektion mittels volumetri-scher Messung liegt einerseits im hohen Gestehungspreis der dafür nötigen Einrichtungen, ferner im fortgesetzten Verschleiss der bewegten Dichtungsflächen und letztlich in der nur relativen Genauigkeit dieser Einrichtungen.

Mechanische, thermische und elektrische Strömungsmesser fallen als Detektoren nicht zuletzt aufgrund ihrer grossen minimalen Ansprechmenge für viele Anwendungen ausser Betracht.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung einen Leckdetektor zu schaffen, mit dem sich auch absolut kleinste Leckströme zuverlässig und genau erfassen lassen. Die Ansprechgenauigkeit von wenigen cm3 pro Stunde soll im wesentlichen unabhängig sein von der Durchflusskapazität des Leitungssystems, auch wenn diese um 3 bis 4 Zehnerpotenzen höher liegt als der absolut kleinste Wert des detektierbaren Lecks. Der zu schaffende Leckdetektor soll permanenter Bestandteil eines Leitungssystems sein, wobei der Betrieb der Leitung auch bei Ausfall des Detektors gewährleistet sein muss. Der zu schaffende Detektor soll ferner die Funktionstauglichkeit des Leitungssystems als Transportvorrichtung zu keiner Zeit beeinträchtigen.

Der diesen Ansprüchen genügende Leckdetektor ist gemäss der Erfindung gekennzeichnet durch einen den Einlass mit dem Auslass verbindenden und ein Ventil, das sich erst ab einem vorgegebenen Differenzdruck öffnet, enthaltenden Hauptströmungskanal und einen ebenfalls den Einlass mit dem Auslass verbindenden Nebenströmungskanal geringerer Durchflusskapazität, in welch letzterem ein thermischer Strömungsdetektor angeordnet ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemässen Leckdetektors,

Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1 in grösserer Darstellung Fig. 3 eine Variante dieses Details und Fig. 4 und 5 zwei Fördersysteme mit einem Leckdetektor gemäss Fig. 1 oder 2.

Der in Fig. 1 in Gebrauchslage gezeigte, als Ganzes mit LD bezeichnete Leckdetektor umfasst ein aus zwei mittels O-Ringen la und lb gegenseitig abgedichteten Teilen 2 und

3 bestehendes Kunststoffgehäuse, in welchem alle wesentlichen Elemente des Leckdetektors ausgebildet bzw. enthalten sind.

Der obere Gehäuseteil 2 ist mit einem Einlassnippel 4 und einem Auslassnippel 5 zum Anschluss des Leckdetektors an eine Flüssigkeitsförderleitung versehen. Die beiden Nippel setzen sich nach innen in zwei fluchtenden Bohrungen 6 und 7 fort, welche durch eine weitere, engere Bohrung 8 verbunden sind. Im Bereich der Bohrung sind zwei nach aussen kommunizierende Hohlräume 9 und 10 angeordnet, welche durch zwei Stahlröhrchen 11 und 12 überbrückt sind, sodass die Bohrung 8 nur mit den Bohrungen 6 und 7 kommuniziert (Fig. 2). Auf den im Kunststoff gegenseitig thermisch isoliert befestigten Stahlröhrchen 11 und 12 sind jeweils ein NTC-Temperaturfühler 13 bzw. 14 und ein elektrisches Heizelement 15 bzw. 16 angeordnet, welche zusammen einen thermischen Strömungsdetektor bilden. Die nicht dargestellten Anschlussdrähte dieser Teile führen durch die Hohlräume 9 und 10 nach aussen.

Von den Bohrungen 6 und 7 zweigt je eine Querbohrung 17 bzw. 18 nach unten ab, von denen sich die auslassseitige nach unten zum oberen Teil einer im unteren Gehäuseteil 3 befindlichen Ventilkammer 19 erweitert. Die Ventilkammer enthält eine gläserne Ventilkugel 20 und in ihrem Bodenteil einen der Ventilkugel angepassten Ventilsitz 21. Die Kammer bzw. der Ventilsitz ist über eine weitere senkrechte Bohrung 22 sowie eine schräge Verbindungsbohrung 23 mit der Querbohrung 17 verbunden.

Wie ersichtlich, enthält der Leckdetektor zwei Strömungskanäle. Der Hauptströmungskanal führt vom Einlassnippel

4 über die Bohrungen 6,17, 23 und 22 zur Ventilkammer 19 und von dort über die Bohrungen 18 und 7 zum Auslassnippel 5. Der Nebenströmungskanal führt vom Einlass-

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nippel 4 direkt über die drei Bohrungen 6, 8 und 7 zum Auslassnippel 5.

Fig. 3 zeigt eine Detailvariante des Leckdetektors. Der einzige Unterschied gegenüber der Variante nach Fig. 1 und 2 besteht im thermischen Strömungsdetektor. Hier sind im 5 Bereich der Bohrung 8 anstelle der zwei Hohlräume 9 und 10 drei solcher Hohlräume 37, 38 und 39 vorgesehen und entsprechend durch drei Stahlröhrchen 40, 41 und 42 überbrückt, sodass die Bohrung 8 eine durchgehende Leitung bildet. Auf den beiden äusseren Röhrchen 40 und 42 ist je io ein NTC-Temperaturfühler 43 bzw. 44 und auf dem mittleren Röhrchen 41 ein elektrisches Heizelement 45 angeordnet,

welche zusammen einen thermischen Strömungsdetektor bilden.

Fig. 4 zeigt die Anordnung des Detektors LD in einem 15 Förderleitungssystem. Das in einem Tank 101 gelagerte Fördergut, dessen Niveau mit 102 bezeichnet ist, gelangt über den Leckdetektor LD, eine Förderleitung 105, eine Förderpumpe 106 und ein Abschnitt- oder Rückschlagventil 107 zu einem Verbraucher 108. Das System wird von einer 20 elektronischen Steuerung 110 überwacht bzw. gesteuert, die mit dem Verbaucher 108 und dem Leckdetektor LD über elektrische Leitungen 109 und 111 verbunden ist.

Die Steuerung 110 enthält unter anderem ein Netzteil, mehrere Verstärker für die von den NTC-Temperaturfüh- 25 lern des Leckdetektors kommenden Signale, Leistungsstufen zum Betrieb der Heizelemente und diverse Logikstufen kombiniert mit geeigneten Fensterdiskriminatoren sowie Anzeigen für Betriebsbereitschaft (Netz ein), Leitung in Betrieb — ausser Betrieb, Detektor funktionstüchtig, Leckstrom vor- 30 wärts, Leckstrom rückwärts. Die Realisierung einer Steuerung mit diesen Spezifikationen liegt im Bereich des Könnens des Fachmanns, sodass sich eine nähere Beschreibung erübrigt.

Die Funktionsweise des Leckdetektors ist wie folgt: 35

Bei eingeschalteter Förderpumpe strömt das Fördergut aus dem Tank 101 durch den Einlassnippel 4 in die Ventilkammer 19 des Leckdetektors. Durch den Förderdruck wird die Ventilkugel 20 aus dem Sitz 21 gehoben und innerhalb ^ der Kammer hochgestossen, wobei eine vom Förderdruck abhängige Durchflussöffnung freigegeben wird. Von der Ventilkammer gelangt das Fördergut schliesslich über den Auslassnippel 5 in das Leitungssystem zurück.

Ein Teil des Förderguts fliesst auch über den Nebenströ- 45 mungskanal. Der Durchsatz im Nebenstrom hängt vom Druck in der Ventilkammer ab. Bei geringen bzw. geringsten Fördermengen des Systems steigt der Druck in der Kammer proportional mit der vom System geförderten Menge an und dementsprechend nimmt die über die Bohrung 8 abgezweigte 5() Fördergutmenge zu. Bei leicht höheren bis zu höchsten Fördermengen des Systems vergrössert sich der von der Ventilkugel freigegebene Durchflussquerschnitt in der zuvor beschriebenen Weise und verhindert bzw. begrenzt damit das weitere Ansteigen des Kammerdruckes in Abhängigkeit von J5 der Fördermenge des Systems. Aufgrund des damit mehr oder weniger konstanten Druckes innerhalb der Kammer bleibt die über den Nebenkanal abgezweigte Fördergutmenge ebenfalls mehr oder weniger konstant und unabhängig von der Fördermenge des Systems. Die Charakteristik des Kammerventils und die Detektorempfindlichkeit sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Maximalwert des via Ne-benstromkanal abgezweigten Fördergutes den oberen Grenzwert der Ansprechempfindlichkeit des thermischen Detektors niemals übersteigt. Dadurch ist die Möglichkeit zur periodischen Selbstüberprüfung der Funktionstauglichkeit des Leck- 65 detektors während der Förderphase des Systems gegeben.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Strömungsdetektor,

der durch die Heizelemente 15 und 16 sowie durch die Temperaturfühler 13 und 14 gebildet ist, werden die von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturen durch geeignete Steuerung der Heizelemente auf konstantem, gleichemNiveau gehalten. Die dafür nötigen Heizleistungen bzw. deren Differenzen bilden dann ein Mass für vorhandene Strömungen. Positive Leistungsdifferenzen zwischen den Heizelementen 15 und 16 werden zusammen mit einem bei eingeschalteter Förderpumpe gelieferten «Demand»-Signal von der Steuerung 110 als «Leitung in Betrieb» und «Leckdetektor funktionstüchtig» interpretiert. Die Realisierung einer geeigneten Steuerung liegt im Bereich des Könnens des Fachmanns. Sie umfasst im wesentlichen zwei Regelkreise, deren einer das Niveau und deren anderer die Differenz der Temperaturen an den beiden Messstellen konstant bzw. auf Null hält.

Bei der Variante nach Fig. 3 bilden das Heizelement 45 und die beiden Temperaturfühler 43 und 44 zusammen mit der Steuerung 110 einen richtungsempfindlichen Durchflussdetektor welcher den Durchfluss über den genannten Nebenstrom erfasst. Positive Temperaturdifferenzen zwischen den Fühlern 44 und 43 bedeuten Fördergutflüsse in Richtung vom Tank weg, negative Differenzen Flüsse in umgekehrter Richtung. Die Steuerung 110 interpretiert die positive Temperaturdifferenz zusammen mit einem vom Verbraucher bei eingeschalteter Förderpumpe gelieferten «Demand»-Signal als «Leitung in Betrieb» und «Leckdetektor funktionstüchtig» und zeigt dies entsprechend an.

Während des Ruhezustandes des Fördersystems (d. h. bei ausgeschalteter Förderpumpe) sind Flüssigkeitsströmungen innerhalb des Systems lediglich im Zusammenhang mit Fördergutverlusten, beispielsweise infolge von Systemundichtigkeiten, möglich. Ein allfälliger Fördergutrückfluss in den Tank (Fig. 4) wäre demzufolge als Hinweis auf Lecks, insbesondere in den Abschnitten A—B und C—D der Leitung 105 aufzufassen. Umgekehrt würden Fördergutverschiebungen aus dem Tank auf Lecks, insbesondere im Abschnitt B—C der Leitung 105 hinweisen: Leitungsdefekte, welche auf der Höhe des Fördergutniveaus 102 liegen, führen zu keinen Leckverlusten und bleiben demzufolge solange unentdeckt, als das Niveau im Tank unverändert bleibt.

Während des Ruhezustandes des Systems liegt die Glaskugel 6 (Fig. 1) im Ventilsitz 21 und verschliesst damit den Hauptströmungsweg. Als einziger freier Durchlass innerhalb des Leckdetektors verbleibt somit lediglich der Nebenströmungsweg über den thermischen Strömungsdetektor. Allfällige Fördergutverschiebungen infolge eines Lecks im Leitungssystem fliessen demzufolge zwangsläufig durch diesen Nebenweg und werden dabei vom genannten thermischen Durchflussdetektor erfasst und von der Steuerung als «Leck vorwärts» bzw. «Leck rückwärts» interpretiert und angezeigt. Bei geeigneter Bemessung des Detektors lassen sich Leckströme bis hinab zu wenigen cm3 pro Stunde mit Sicherheit feststellen. Leckraten unterhalb eines gewissen Mindestwertes bleiben unerkannt und werden von der Steuerung als «Leitung ausser Betrieb» interpretiert.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Abmessungen kann der Leckdetektor Lecks in der Grösse von 3 bis 2 cm» pro Stunde noch mit Sicherheit feststellen. Der obere Grenzwert der Erkennbarkeit ist abhängig von der Richtung der Leckströmung. Bei Leckströmen in Richtung vorwärts stimmt die Erkennbarkeitsgrenze dank der nichtlinearen Charakteristik des Rückschlagventils 20—21 mit der Durchflusskapazität des Leckdetektors überein (hier etwa 10000 cm3/h). Bei Leckströmen in Richtung rückwärts bleibt der Hauptströmungskanal verschlossen und der gesamte Leckstrom fliesst zwangsläufig durch den Nebenstromkanal des thermischen Durchflussdetektors. Massgebend für die Erkennbarkeit von Leckströmen in Richtung rückwärts ist somit die obere Gren

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ze der Ansprechempfindlichkeit des thermischen Durchflussdetektors. Sie liegt hier bei etwa 180 cm3/h.

Das in Fig. 4 gezeigte Leitungssystem ist für flüssige Treibstoffe etc. nur bis zu Förderhöhen von etwa 4 m geeignet. Grössere Förderhöhen würden bei ruhendem System zur partiellen Verdampfung des Fördergutes im Bereich des Rückschlagventils 107 und damit zu einer fälschlichen Leckanzeige infolge des mit der Verdampfung verbundenen Fördergutrückflusses führen.

Für Förderhöhen über 4 m wird daher mit Vorteil das in Fig. 5 dargestellte Fördersystem verwendet, welches sich vom System nach Fig. 4 vor allem durch ein Rückschlagventil 112 im Tank 101, eine zusätzliche Förderpumpe 104 und durch ein Druckgefäss 113 und ein Ausgleichsgefäss 114 unterscheidet.

Im Ruhezustand des Systems liegt das Gewicht der För-dergutsäule auf dem Rückschlagventil 112 und hält dieses geschlossen, sodass im Leitungsabschnitt D—E keine Verdampfung infolge Unterdruck auftreten kann. Der Druck im Druckgefäss 113 entspricht dem Druck der Fördergutsäule im Leitungsabschnitt D—E.

Im Falle von Lecks in den Leitungsabschnitten D—E oder B—C fliesst Fördergut aus dem unter Überdruck stehenden Druckgefäss über den Leckdetektor LD zu den Leckstellen. Das gleichzeitig in Richtung der Leckstellen strömen-5 de Fördergut aus den Leitungsabschnitten D—E oder B—-C wird vom Leckdetektor nicht erfasst. Diese nicht erfassten Anteile sind aber im Extremfall höchstens gleich gross wie die der Leckstelle via Leckdetektor zufliessenden Fördergutanteile.

Dieselben Überlegungen gelten für allfällige Lecks im Leitungsabschnitt C—D. Nach dem ultimativ eintretenden Druckausgleich im Druckgefäss 113 strömt Fördergut aus dem Tank via Leckdetektor in Richtung Leckstelle.

Im Falle eines Lecks im Leitungsabschnitt A—B fliesst Fördergut aus den Leitungsabschnitten D—E und B—C via Leckdetektor zur betreffenden Leckstelle. Das gleichzeitig vom Druckgefäss zuströmende Fördergut wird nicht erfasst.

Schliesslich sei noch bemerkt, dass der erfindungsgemässe Leckdetektor auch für Fördersysteme geeignet ist, bei denen der Verbraucher tiefer als der Tank liegt.

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M

2 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

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1. Leckdetektor mit einem Einlass (4) und einem Auslass (5) zum Einfügen in ein Flüssigkeitsleitungssystem, gekennzeichnet durch einen den Einlass (4) mit dem Auslass (5) verbindenden und ein Ventil, (20, 21) das sich erst ab einem 5 vorgegebenen Differenzdruck öffnet, enthaltenden Haupt-strömungskanal (6,17, 23, 22,18, 7) und einen ebenfalls den Einlass mit dem Auslass verbindenden Nebenströmungskanal (6, 8, 7) geringerer Durchflusskapazität in welch letzterem ein thermischer Strömungsdetektor (13,14, 15,16) ange- 19 ordnet ist.

2. Leckdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil durch ein Rückschlagventil (20, 21) gebildet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Leckdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge- 15 kennzeichnet, dass der thermische Strömungsdetektor zwei Temperaturfühler (43, 44) und ein elektrisches Heizelement (45) aufweist, welche in einem Abschnitt des Nebenströmungskanals in der Reihenfolge Temperaturfühler — Heizelement — Temperaturfühler angeordnet sind. 20

4. Leckdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Strömungsdetektor zwei Temperaturfühler (13,14) und zwei elektrische Heizelemente (15, 16) aufweist, die an zwei voneinander entfernten Stellen des Nebenströmungskanals jeweils paarweise angeordnet 25 sind.

5. Leckdetektor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenströmungskanal im Bereich des thermischen Strömungsdetektors eine lichte Weite von nicht mehr als 4 mm aufweist. 30

6. Leckdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein dichtes Gehäuse vorgesehen ist, in welches der Einlass (4) und der Auslass (5) münden, und dass im Inneren des Gehäuses eine Kammer (19) ausgebildet ist, welche das Ventil (20, 21) enthält und mit dem 35 Einlass (4) und dem Auslass (5) kommuniziert.

7. Leckdetektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (20, 21) durch einen in der Kammer (19) ausgebildeten Ventilsitz (21) und eine in der Kammer frei beweglich angeordnete Ventilkugel (20) gebildet ist. 40