CH678456A5

CH678456A5 -

Info

Publication number: CH678456A5
Application number: CH360188A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Engel
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1991-09-13
Also published as: DE3733355C1; NL8802269A

Description

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in einem Gas hoher Temperatur und hohen Druckes, das mit elektrisch leitenden Stäuben verunreinigt ist. The invention relates to a method and a device for measuring the moisture in a gas of high temperature and high pressure which is contaminated with electrically conductive dusts.

In der Industrie und Forschung werden Messgeräte benötigt, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Feuchtegrenzwertes geeignete Gegenmassnahmen einleiten, also als Grenzwertschalter arbeiten, oder die als kontinuierlich arbeitende Messeinrichtungen eingesetzt werden können. In industry and research, measuring devices are required that initiate suitable countermeasures when a specified humidity limit value is exceeded, i.e. work as a limit switch, or that can be used as continuously operating measuring devices.

Für den Niederfeuchtebereich (< 20°C Taupunkt) stehen bei niedrigen Gastemperaturen unter 200°C und gleichzeitigem Gasdruck < 20 bar einige Hygrometer verschiedener Bauart zur Verfügung. For the low humidity range (<20 ° C dew point), a few hygrometers of various designs are available at low gas temperatures below 200 ° C and simultaneous gas pressure <20 bar.

Werden jedoch Feuchte-Messgeräte für den Hochfeuchtebereich (Taupunkt > 20°C) unter schweren Einsatzbedingungen wie z.B. Gastemperaturen bis 500°C bei gleichzeitigen Gasdrücken bis 200 bar und Anwesenheit von grossen Mengen elektrisch leitender Verunreinigungen (z.B. Graphitstaub) benötigt, sind solche Geräte nicht erhältlich. However, if moisture measuring devices for high humidity (dew point> 20 ° C) are used under severe operating conditions such as Gas temperatures up to 500 ° C with simultaneous gas pressures up to 200 bar and the presence of large amounts of electrically conductive impurities (e.g. graphite dust) are not available.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in einem Gas unter extremen Bedingungen anzugeben, bei denen zudem die Messergebnisse durch elektrisch leitende Stäube oder Fremdgase nicht beeinflusst werden. The object of the present invention is therefore to provide a method and a device for measuring the moisture in a gas under extreme conditions, in which, moreover, the measurement results are not influenced by electrically conductive dusts or foreign gases.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of patent claim 1.

Die besonderen Eigenschaften der für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigten Keramik können durch unterschiedliche Parametereinstellungen bei der Aufbringung der Schicht sowie durch verschiedene Schichtdicken erzielt werden. Die Keramik selbst ist thermisch und chemisch sehr stabil. The special properties of the ceramic required for carrying out the method according to the invention can be achieved by different parameter settings when applying the layer and by different layer thicknesses. The ceramic itself is very stable thermally and chemically.

Nachstehend werden die Betriebsbedingungen angegeben, unter denen das Verfahren erfolgreich angewandt werden kann: The operating conditions under which the method can be successfully used are given below:

Eine bevorzugte Messvorrichtung weist die in dem Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale auf. A preferred measuring device has the features specified in claim 2.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung zu entnehmen. Advantageous developments of the invention can be found in the further dependent claims and the following description of an exemplary embodiment in connection with the schematic drawing.

Die Figur zeigt die bevorzugte Vorrichtung im Vertikalschnitt. The figure shows the preferred device in vertical section.

Es ist eine Messkammer 1 zu erkennen, die oben durch einen Flansch 2 abgedichtet ist. Der Flansch 2 ist mittels einer Schraubverbindung 4 an einem zweiten Flansch 3 befestigt, der an der Messkammer 1 angesetzt ist. Zwischen den Flanschen 2 und 3 ist eine metallische Dichtung angeordnet (nicht dargestellt). Eine Zuleitung 5 und eine Ableitung 6 für das Messgas sind seitlich an der Messkammer 1 angebracht. A measuring chamber 1 can be seen, which is sealed at the top by a flange 2. The flange 2 is fastened by means of a screw connection 4 to a second flange 3 which is attached to the measuring chamber 1. A metallic seal (not shown) is arranged between the flanges 2 and 3. A feed line 5 and a discharge line 6 for the measurement gas are attached to the side of the measurement chamber 1.

Ein Edelstahlrohr 7, das unten und oben abgeschlossen ist, taucht mit dem grössten Teil seiner Länge in die Messkammer 1 ein, wobei es durch den Flansch 2 geführt ist. Dieser sitzt fest auf dem Edelstahlrohr 7 auf. A stainless steel tube 7, which is closed at the top and bottom, plunges into the measuring chamber 1 with most of its length, whereby it is guided through the flange 2. This sits firmly on the stainless steel tube 7.

Um das Edelstahlrohr 7 auf die gewünschte Kondensationstemperatur einstellen zu können, ist es mit einer Kühleinrichtung versehen; diese besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer koaxial in dem Edelstahlrohr 7 angeordneten Leitung 8 zur Einleitung eines flüssigen Kühlmittels, das in der Nähe des Rohrbodens aus der Leitung 8 austritt, das Edelstahlrohr 7 durchströmt und dieses durch eine ausserhalb der Messkammer 1 vorgesehene Abzugsleitung 9 wieder verlässt. Die Kondensationstemperatur kann mit Hilfe mehrerer im Innenraum des Edelstahlrohres 7 angeordneter Thermoelemente 10 kontrolliert werden. In order to be able to set the stainless steel tube 7 to the desired condensation temperature, it is provided with a cooling device; In the exemplary embodiment shown, this consists of a line 8 arranged coaxially in the stainless steel tube 7 for the introduction of a liquid coolant which emerges from the line 8 in the vicinity of the tube sheet, flows through the stainless steel tube 7 and flows through a discharge line 9 provided outside the measuring chamber 1 leaves. The condensation temperature can be checked with the aid of several thermocouples 10 arranged in the interior of the stainless steel tube 7.

Auf seinem in die Messkammer 1 hineinragenden Teilstück weist das Edelstahlrohr 7 eine Keramikschicht 11 auf, wobei für die Beschichtung eine poröse, temperaturbeständige Keramik mit hoher Temperatunwechselfestigkeit gewählt wurde. Vorzugsweise besteht die Schicht 11 aus einer Oxidkeramik. On its section protruding into the measuring chamber 1, the stainless steel tube 7 has a ceramic layer 11, with a porous, temperature-resistant ceramic with high temperature resistance being chosen for the coating. The layer 11 preferably consists of an oxide ceramic.

Am Ende des Edelstahlrohres 7 ist eine wasserdampfdurchlässige Netzeleketrode 12 auf der Keramikschicht 11 befestigt; in diesem Bereich weist die Keramikschicht 11 eine geringere Dicke auf als auf dem übrigen Rohr, da sie hier als Adsorber für Wasserdampf bzw. bereits kondensiertes Wasser dient. An At the end of the stainless steel tube 7, a water vapor permeable mesh electrode 12 is attached to the ceramic layer 11; in this area the ceramic layer 11 has a smaller thickness than on the rest of the tube, since it serves here as an adsorber for water vapor or already condensed water. At

Gastemperatur: Gas temperature:

Gasdruck: Gas pressure:

Staub: Dust:

Gasdurchsatz: Gas flow:

15°C bis 500°C bis 203,944 kp/cm2 bis 1000 g/m3 i.N. Gas bis 50 m3 i.NTh ehem. Beständigkeit: gegen viele Gase weitgehend korrosionsfest Taupunkt-Schaltbereich: 5°C bis 350°C 15 ° C to 500 ° C to 203.944 kp / cm2 to 1000 g / m3 i.N. Gas up to 50 m3 i.NTh former resistance: largely corrosion-resistant to many gases Dew point switching range: 5 ° C to 350 ° C

Ansprechzeit: < 60 sec, abhängig vom Taupunkt des Gases Response time: <60 sec, depending on the dew point of the gas

2 2nd

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die Netzelektrode 12 ist eine Stromleitung 13 angeschlossen, die durch eine in dem Flansch 1 vorgesehene Durchführung 14 nach draussen geführt wird. Die Stromleitung 13 ist mit einer temperaturbeständigen elektrischen Isolierung versehen. Ausserhalb der Messkammer 1 ist auf dem Edelstahlrohr 7 eine weitere Elektrode 15 befestigt. Beide Elektroden 12,15 sind mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Schalt-5 einheit verbunden. the mains electrode 12 is connected to a power line 13 which is led outside through a bushing 14 provided in the flange 1. The power line 13 is provided with temperature-resistant electrical insulation. A further electrode 15 is fastened on the stainless steel tube 7 outside the measuring chamber 1. Both electrodes 12, 15 are connected to an electronic switching unit (not shown).

Durch Kondensation von Wasserdampf wird die elektrische Leitfähigkeit und damit der elektrische Widerstand der Keramikschicht 11 aufgrund ihres porösen Charakters verändert. Die bei Einleiten eines Wasserdampf enthaltenden Messgases in die Messkammer 1 auftretende Widerstandsänderung wird an den beiden Elektroden 12,15 abgegriffen und der elektronischen Schalteinheit zugeführt. Diese formt 10 den gemessenen Wert in ein elektrisches Signal um, das nun seinerseits entweder an einen Grenzwertschalter gegeben werden kann (beispielsweise zur Betätigung von Absperrarmaturen oder Signalanlagen) oder einer elektronischen Regeleinrichtung zugeleitet wird (wenn ein kontinuierlich arbeitendes Messgerät benötigt wird). Condensation of water vapor changes the electrical conductivity and thus the electrical resistance of the ceramic layer 11 due to its porous character. The change in resistance that occurs when a measuring gas containing water vapor is introduced into the measuring chamber 1 is tapped off at the two electrodes 12, 15 and fed to the electronic switching unit. This converts 10 the measured value into an electrical signal, which in turn can either be sent to a limit switch (for example, to operate shut-off valves or signaling systems) or to an electronic control device (if a continuously working measuring device is required).

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen durch in dem Messgas vorhandene elektrisch leitende Staubbe-15 standteile sind auch die Innenseite des Flansches 2 und die der Messkammer 1 einschliesslich der metallischen Dichtung mit einer Keramikbeschichtung 16 versehen. Da die Keramikbeschichtung 16 nur als reine elektrische Isolierung dient, kann sie an den genannten Oberflächen dichter und dicker sein als die Keramikschicht 11 im Bereich der Netzelektrode 12. Die Keramikschicht 11 wirkt an der genannten Stelle gleichzeitig wie ein im Nebenstrom liegendes Filter für feine, elektrisch leitende Stäube (< 0,01 (im), so 20 dass Kurzschlüsse zwischen der Elektrode 15 und der Netzelektrode 12 vermieden werden. Diese Anordnung als Nebenstromfilter garantiert eine kurze Ansprechzeit bei der Anwesenheit von Staub, während z.B. Hauptstromfilter bei hohen Gasdurchsätzen und hohen Staubanteilen die Ansprechzeit infolge der Adsorption von Wasserdampf an filtriertem Staub verzögern bzw. sogar durch den Staub verstopfen können. To avoid short circuits due to electrically conductive dust components present in the measurement gas, the inside of the flange 2 and that of the measurement chamber 1 including the metallic seal are also provided with a ceramic coating 16. Since the ceramic coating 16 only serves as purely electrical insulation, it can be denser and thicker on the surfaces mentioned than the ceramic layer 11 in the area of the network electrode 12. The ceramic layer 11 acts at the same time as a bypass filter for fine, electrical conductive dusts (<0.01 (im), so 20 that short circuits between the electrode 15 and the mains electrode 12 are avoided. This arrangement as a bypass filter guarantees a short response time in the presence of dust, while, for example, the main flow filter with high gas throughputs and high dust contents Delay the response time due to the adsorption of water vapor on filtered dust or even block it with the dust.

25 Wenn das Messgas eine zu geringe Temperatur aufweist, besteht die Gefahr, dass der Wasserdampf sich an der Innenwand der Messkammer 1 und an dem Flansch 2 niederschlägt. Um dies zu vermeiden, kann an der Aussenseite der Messkammer 1 sowie um die Zuleitung 5 für das Messgas eine Heizung angebracht sein (nicht dargestellt). 25 If the sample gas is too low, there is a risk that the water vapor will precipitate on the inner wall of the measuring chamber 1 and on the flange 2. In order to avoid this, a heater (not shown) can be attached to the outside of the measuring chamber 1 and around the supply line 5 for the measuring gas.

Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung ist darin zu erblicken, dass sie hinsichtlich ihrer geometri-30 sehen Abmessungen variabel ist und daher an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden kann. A particular advantage of the device can be seen in the fact that its geometrical dimensions are variable and can therefore be adapted to the respective task.

Claims

1. A method for measuring the moisture in a gas of high temperature and high pressure, which is contaminated with 35 electrically conductive dusts, characterized in that the measuring gas is guided along a predetermined temperature at a stainless steel tube (7) coated with a porous, temperature-resistant ceramic the change in the electrical resistance of the ceramic layer (11) which occurs as a result of condensation of the water vapor on the stainless steel tube (7) is tapped by two electrodes (12, 15) and that the change in resistance is converted into an electrical signal via an electronic switching unit.

2. Device for performing the method according to claim 1, characterized by the following features:

a) the closed at its lower end stainless steel tube (7) protrudes into a measuring chamber (1), which is sealed by a flange (2) placed on the stainless steel tube (7);

45 b) the measuring chamber (1) is provided with a feed line (5) and a discharge line (6) for the measurement gas;

c) the flange (2) and the measuring chamber (1) have a ceramic coating (16) on their inside;

d) the stainless steel tube (7) is only covered with the ceramic layer (11) on the section protruding into the measuring chamber (1);

50 e) one (15) of the two electrodes (15, 12) is attached outside the measuring chamber (1) on the stainless steel tube (7), while the second, water vapor-permeable electrode (12) is on the coated section, in the area the second electrode (12) the ceramic layer (11) is thinner than in the rest of the coating;

f) a cooling device (8, 9) for the stainless steel tube (7) is provided, which is arranged in its interior.

3. Device according to claim 2, characterized in that the coated stainless steel tube is arranged in a pipeline through which the measurement gas flows.

4. The device according to claim 2, characterized in that a liquid coolant is provided as a cooling device for the stainless steel tube (7), which is initially by a coaxial in the stainless steel

60 pipe (7) laid pipe (8) is led to the bottom of the stainless steel pipe (7) and exits through a drain pipe (9) at the top of the stainless steel pipe (7).

5. The device according to claim 2, characterized in that the cooling device consists of a number of Peltier elements.

6. The device according to claim 2 or 3, characterized in that in the interior of the stainless steel tube-65 res (7) a plurality of temperature measuring points equipped with thermocouples (10) are provided.

3rd

s

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7. The device according to claim 2, characterized in that the outside of the measuring chamber and the feed line for the measuring gas are provided with a heater.

8. The device according to claim 2, characterized in that the second electrode (12) is connected to the electronic switching unit via a temperature-resistant insulated power line (13) which is laid through a bushing (14) provided in the flange (2).

9. The device according to claim 2, characterized in that an electrically conductive adhesive layer is provided between the ceramic layer (11) and the stainless steel tube (7).

10. The device according to claim 2, characterized in that the electrical signal supplied by the electronic switching unit is fed to a limit switch which responds when a predetermined humidity limit value is exceeded.

11. The device according to claim 2, characterized in that the electronic shutter unit is connected to an electronic control device which continuously delivers measured values.

12. Application of the method according to claim 1 for measuring the proportion of H20 (g) in gas mixtures from which the HgO condenses at temperatures s 350 ° C.

4th