CN112204299A - 槽罐装置和料位控制方法 - Google Patents

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Abstract

用于低温介质的料位控制的方法和槽罐装置，包括：具有进流管路(10)和排流管路(12)的槽罐(6)；压差测量机构(16)，其通过流体管路(26)连接至其中有介质液态部分的下槽罐区(28)且还通过另一流体管路(20)连接至其中有介质气态部分的上槽罐区(22)；用于测量上槽罐区(22)内的压力和/或温度的绝对压力测量机构(18)和/或温度传感器(18)；在进流管路(10)与上槽罐区(22)之间的分支管路(36)内的蒸发器(38)；适于压力控制、在分支管路(36)内设于蒸发器(38)下游且用于控制该上槽罐区(22)内的压力的气压调节阀(34)；与压差测量机构(16)及绝对压力测量机构(18)和/或温度传感器(18)相连的用于控制气压调节阀(34)的罐底压力调节器(32)，罐底压力调节器(32)配置用于根据介质液态部分的料位将槽罐(6)内的介质气态部分内的压力控制至恒定罐底压力。

Description

槽罐装置和料位控制方法
本发明涉及用于低温介质的槽罐装置和在槽罐装置中的低温介质的料位控制方法。
从DE202014102808U中知道了一种用于低温流体料位测量的槽罐装置，其包括槽罐以及压差测量计，压差测量计通过流体管路与下槽罐区内的低温介质液态部分相连通并且还通过另一流体管路与上槽罐区内的低温介质气态部分相连通。用于测知流体温度的温度传感器和/或绝对压力测量机构用于测知上槽罐区内的流体的压力和/或温度。与压差计和绝对压力测量机构和/或温度传感器相连的分析单元依据所确定的料位值来计算。在所述槽罐装置中仅测量所述料位，因而槽罐装置尚有潜力可挖。
从DE102004043488A1中已知在低温槽罐中确定料位的其它布置。在此，气压和罐底压力之间的压差被检测，其中气压可以被调节至预定值。
本发明基于以下任务，即，提供一种槽罐装置，可以借此不仅测量料位，也在此应扩展已知槽罐装置的用途并且获得槽罐装置的节能运行。
为了完成该任务，本发明的用于低温介质料位控制的槽罐装置包括具有进流管路和排流管路的槽罐。此外，所述槽罐装置包括压差测量机构、用于测量上槽罐区内的压力和/或温度的绝对压力测量机构和/或温度传感器，压差测量机构通过一流体管路与其中有介质的液态部分的下槽罐区相连且通过另一流体管路与其中有气泡状的介质气态部分的上槽罐区相连。此外，槽罐装置包括在槽罐的进流管路与上槽罐区之间的分支管路中的蒸发器。该槽罐装置还包括控制单元，其调节适于压力调节的、在分支管路内设于蒸发器后面的且用于控制上槽罐区内压力的气压调节阀。以及还包括与压差测量机构以及绝对压力测量机构和/或温度传感器相连的用于控制气压调节阀的罐底压力调节器，其中该罐底压力调节器被配置成根据介质液态部分的料位将槽罐内的介质气态部分内的压力调节至恒定罐底压力。
当罐底压力被调节至恒定理论值时，维持理论罐底压力所需要的气态介质内的压力随着液态介质增加而减小，在此出现工作所需介质的节约。为此，在所述使用寿命期蒸发最小所需的液态介质量。当气压调节阀直接通过控制单元来控制时，使用上槽罐区内的绝对压力和/或温度作为调节参数，调节误差可被减小并且上槽罐区内的气泡可设计得小。最后有利的是，在本发明的槽罐装置中，罐底压力调节器的和气压调节阀的功能彼此互补，做法是气压调节不仅被用于调节上槽罐区中的气泡内的气压，也被用于罐底压力调节。
根据本发明的一个有利实施方式，在该控制单元内设置有存储器，该槽罐内的低温介质气态部分内的理论压力依据低温介质液态部分的料位最好以函数或表的形式被存储在该存储器中。
分支管路内的温度传感器可以如此在气压调节阀区域内被用于调节该流通速度，即，设置在分支管路内的蒸发器能够蒸发调节阀所放过的气体量。当温度传感器测得可推断出液态介质的温度时，流过气压调节阀的介质流通量被节流，使得蒸发器可以完全蒸发掉到达气压调节阀的介质，从而槽罐装置能无故障工作。
根据本发明的一个有利实施方式，槽罐装置包括在进流管路内的流通量测量机构并且在控制单元中包括流通量调节器，它们配置成通过进流管路内的进流调节阀调节低温液体的进流。
根据一个替代实施方式，该槽罐装置包括在排流管路内的流通量测量机构并且在该控制单元内包括流通量调节器，它们配置用于通过该排流管路内的排流调节阀来调节低温液体的排流。
当至槽罐的低温液体进流在考虑罐底压力调节器和进流调节器的调节信号情况下被调节时，并且当自槽罐的低温液体排流在考虑罐底压力调节器和排流调节器的调节信号情况下被调节时，于是，能以有利的方式调节理论排流速度或理论进流速度所需要的罐底压力，从而满足其设定条件并且可以保持恒定的预定的排流速度或进流速度。由此也可以获得明显更精确的且尤其更可靠的槽罐填充和排空。
根据另一设计，槽罐装置可以包括尤其临时经由罐车连接到槽罐装置的进流管路的泵，用于填充槽罐。在考虑来自流通量调节器和进流泵的调节信号的情况下调节低温液体向罐的流入，该调节信号取决于通过调节器确定的液体料位。
为了完成该任务，根据本发明的用于低温介质的料位控制的方法包括权利要求8的特征，而在其余的从属权利要求中说明了本发明方法的有利设计特征。在此，获得了与根据权利要求1至7的槽罐装置相似的优点。
因此，根据另一方面，本发明涉及一种用于槽罐内的低温介质的料位控制的方法，该方法包括：通过压差测量机构测量压差，压差测量机构通过连接管路与下槽罐区相连并且还通过另一连接管路与上槽罐区相连；还包括通过上槽罐区内的绝对压力测量机构和/或温度传感器在低温介质的气态部分中测量绝对压力；以及通过气压调节阀控制所述槽罐内的所述低温介质的所述气态部分中的压力，其中，所述低温介质的所述气态部分内的所述压力通过在进流管路和所述上槽罐区之间的分支管路内的所述气压调节阀被调节，并且所述气压调节阀的控制通过与所述压差测量机构相连的罐底压力调节器进行。
根据本发明，罐底压力调节器根据低温介质的液体部分的料位将槽罐中的低温介质的气态部分的压力调节至恒定的槽底压力。
槽罐中的低温介质的气体部分中的理论压力优选地根据低温介质的液体部分的料位而存储在罐底压力调节器中。
特别地，槽罐中的低温介质的气态部分中的理论压力根据低温介质的液体部分的料位以函数或表的形式存储在罐底压力调节器中的存储器中。
此外，在考虑槽底压力调节器的调节信号情况下并经由进流调节器经由调节阀，进一步优选地调节低温液体向槽罐流入。
根据另一设计，可以在考虑槽底压力调节器和进流泵的调节信号的情况下来调节低温液体向槽罐的流入。
在考虑罐底压力调节器和排流调节器的调节信号，可以以有利的方式调节低温液体从槽罐中的流出。
本发明的其它优点、特征和应用可能方式来自以下结合如图所示的实施例的说明。
在说明书、权利要求书和附图中采用在下述附图标记列表中所用的术语和对应的附图标记，附图示出：
图1示出本发明的槽罐装置的第一实施例的示意图，
图2示出本发明的槽罐装置的第二实施例的示意图，和
图3示出本发明的槽罐装置的第三实施例的示意图。
图1示出用于调节槽罐6内的料位4的槽罐装置2，槽罐要填充有低温介质8。槽罐6连接至进流管路10和排流管路12。槽罐装置2包括控制单元14A，其连接至压差测量机构16、绝对压力测量机构18和在排流管路12内的用于记录测量信号的流通量传感器。绝对压力测量机构18通过连接管路20与上槽罐区22相连并且相应检测在上槽罐区22内的气泡内的绝对压力。压差测量机构16通过连接管路连接至上槽罐区22并通过连接管路26连接至下槽罐区28，下槽罐区内有液态介质的液态部分。压差测量机构16因此测知在上槽罐区22和下槽罐区28内的压力之间的压差。
压差测量机构16和绝对压力测量机构18连接至控制单元14A，在控制单元内针对不同的介质存储有沸点曲线和密度曲线以供选择。所述介质例如是氮气、氧气、氩气、二氧化碳或天然气。利用绝对压力的测量值以及压差的测量值，在考虑存储在控制单元14A上的数据情况下可以进行处于团聚液态下的介质的体积和进而进行料位的准确计算。
控制单元14A包括存储器30，用于不同介质的沸点曲线和密度曲线、即用于槽罐6内的低温介质的气态部分内的压力的理论压力值根据低温介质液态部分的料位以表或函数的形式被存储在该存储器中。
控制单元14A还包括罐底压力调节器32，其作为输入获得压差测量机构16的和绝对压力测量机构18的输出信号并且输出用于调节参数YpB的控制信号，该控制信号触发气压调节阀34，借此根据调节参数YpB控制在上槽罐区22中的气泡内的压力。气压调节阀34处于从进流管路10到上槽罐区22的分支管路36内并且与布置在进流管路10和气压调节阀34之间的分支管路36内的蒸发器38一起控制蒸发介质流进上槽罐区22。当上槽罐区22内的压力过高时，压力通过溢流阀40被泄压。当上槽罐区22内的压力过低时，液态介质被提供给蒸发器38，在那里被蒸发并经由气压调节阀34被提供给上槽罐区22，直到在上槽罐区22内达到相应的理论压力，随后，气压调节阀34又被关闭。
控制单元14A包括流通量调节器42，其作为输入获得流通量测量机构44的输出信号并且输出用于调节参数YQaus的流通控制信号，其触发流通量调节阀45，借此根据调节参数YQaus来控制排流管路12内的流通量。流通量调节阀45在排流管路12内设于流通量测量机构44的下游。流通量调节器42通过用于流通量Qaus的控制算法来调节流通量，做法是用于调节参数YQaus的流通控制信号被输出给流通量调节器42。
eQaus＝QAUS SOLL-QAUS IST
Figure BDA0002806563110000041
其中，eQaus表示用于排流管路内的流通速度的调节差，QAUS SOLL表示排流管路内的理论流通速度，QAUS IST表示排流管路内的实际流通速度，yQaus表示用于排流管路内的流通速度的调节参数，
Figure BDA0002806563110000051
表示调节差的时间导数，并且∫eQausdt表示调节差的对时间的积分。
最后，为了调节在分支管路36内的气压调节阀34与上槽罐区22之间的分支管路36中的介质流通速度，设有温度传感器46，其测量分支管路36内的介质温度并输出相应测量值至控制单元14A。于是，在控制单元14A内确定温度传感器46处的介质温度是否位于低温介质此时是液态的范围内。如果在该范围内，则流过蒸发器的流通量被节流以使蒸发器38能够蒸发气压调节阀34所放过的气体量。借此保证没有液态介质经由分支管路36进入上槽罐区22。
如此设计本发明的槽罐装置，即，从用于气态介质内的压力和液态介质内的压力之间的压差、用于气态介质内的绝对压力或温度的测量值来确定该气态介质内的理论压力，从而罐底压力与料位无关地保持恒定，其中例如在生产商处预先确定用于特定槽罐装置和特定气体的理论罐底压力。为此，按照以下公式进行理论罐底压力的调节：
epB＝pB SOLL-pB IST
Figure BDA0002806563110000052
其中，epB表示用于罐底压力的调节差，pB SOLL表示理论罐底压力，pB IST表示实际罐底压力，ypB表示在罐底压力调节器的输出端的调节信号，
Figure BDA0002806563110000053
表示调节差的时间导数，∫epBdt表示调节差的对时间的积分。
因为在这样的调节中上槽罐区22中的气压通过气压调节阀34被调节，故罐底压力pB可以通过可变的气压来保持恒定，做法是气压被调节至罐底压力pB减去当前压差Δp。气压理论值由用于罐底压力pB的运营商设定值和在压差测量机构处测定的压差Δp根据以下公式来计算：
pGas＝pB-Δp
pB＝恒定
图2示出图1的本发明的槽罐装置2的有所改变的实施方式，在这里，相同的附图标记被用于相应零部件。尤其是，用于调节罐底压力的罐底压力调节器32、借助气压调节阀34的气压调节装置、温度传感器46和流通调节回路在图2中与图1内的对应单元相似地构成。
控制单元14B包括流通量调节器50，其作为输入获得流通量测量机构52的输出信号并且通过用于流通量Qein的调节算法输出用于调节参数Y0ein的流通控制信号，该流通控制信号控制流通量调节阀54(借此根据调节参数Y0ein控制流出管路10中的流通量)。流通量调节阀54在槽罐6的进流管路10中位于流通量测量机构52的上游并通过用于调节参数Y0ein的控制信号调节流通量，该控制信号由流通量调节器50被输出至流通量调节阀54。调节参数Y0ein如下确定：
eQein＝QEIN SOLL-QEIN IST
Figure BDA0002806563110000061
其中，eQein表示用于进流管路内的流通速度的调节差，QEIN SOLL表示进流管路内的理论流通速度，QEIN IST表示进流管路内的实际流通速度，yQaus表示用于进流管路内的流通速度的调节参数，
Figure BDA0002806563110000062
表示调节差的时间导数，∫eQEIN dt表示调节差的对时间的积分。
不同于图1，在图2的槽罐装置内调节进流管路10中的流通速度。为此，代替图1中的绝对压力测量机构18地设置图2中的温度传感器56，其测知在上槽罐区22内的介质的气态部分的温度。因为气压和温度通过沸点曲线相关联，故也可以基于对压差和温度的知晓来计算槽罐6内的料位。
图3示出示出了与图2中描述的槽罐装置类似的槽罐装置。与图2相反，根据本发明的槽罐装置代替控制阀54具有用于填充槽罐的泵58。泵58尤其可以是临时连接到槽罐的进流管路10的罐车的一部分。具有泵58的装置也可以用在根据图1的装置中，其中，气压通过绝对压力测量机构18发生。
附图标记列表
2 槽罐装置
4 料位
6 槽罐
8 介质
10 进流管路
12 排流管路
14A 控制单元
14B 控制单元
16 压差测量机构
18 绝对压力测量机构
20 连接管路
22 上槽罐区
24 连接管路
26 连接管路
28 下槽罐区
30 存储器
32 罐底压力调节器
34 气压控制阀
36 分支管路
38 蒸发器
40 溢流阀
42 流通量调节器
44 流通量测量机构
45 流通量调节阀
46 温度传感器
50 流通量调节器
52 流通量测量机构
54 流通量调节阀
56 温度传感器
58 泵

Claims (13)

1.一种用于低温介质的料位控制的槽罐装置，所述槽罐装置包括：
具有进流管路(10)和排流管路(12)的槽罐(6)；
压差测量机构(16)，所述压差测量机构通过流体管路(26)连接至下槽罐区(28)并且还通过另一流体管路(20)连接至上槽罐区(22)，在所述下槽罐区中存在所述介质的液态部分，在所述上槽罐区中存在所述介质的气态部分；
用于测量所述上槽罐区(22)内的压力和/或温度的绝对压力测量机构(18)和/或温度传感器(18)；
在所述进流管路(10)与所述上槽罐区(22)之间的分支管路(36)内的蒸发器(38)；
控制单元(14A,14B)，所述控制单元调节适于压力调节的气压调节阀(34)，所述气压调节阀在所述分支管路(36)内设于所述蒸发器(38)后面且用于控制所述上槽罐区(22)内的压力；和
与所述压差测量机构(16)以及所述绝对压力测量机构(18)和/或温度传感器(18)相连的罐底压力调节器(32)，所述罐底压力调节器用于控制所述气压调节阀(34)，其特征在于，所述罐底压力调节器(32)被配置用于根据所述介质的所述液态部分的料位将所述槽罐(6)内的所述介质的所述气态部分内的压力控制至恒定的罐底压力。
2.根据权利要求1所述的槽罐装置，其特征是，在所述控制单元(14B,14B)中设有存储器(30)，所述槽罐(6)内的所述低温介质的所述气态部分内的理论压力根据所述低温介质的所述液态部分的所述料位被存储在所述存储器中。
3.根据权利要求2所述的槽罐装置，其特征是，在所述控制单元(14B,14B)中的所述存储器(30)内，所述槽罐内的所述低温介质的所述气态部分内的所述理论压力根据所述低温介质的所述液态部分的所述料位以函数或表的形式被存储。
4.根据权利要求2或3所述的槽罐装置，其特征是，在所述分支管路(36)中的温度传感器(46)在所述气压调节阀(34)区域内被用来调节流通速度，使得设置在所述分支管路(36)中的蒸发器(38)能使所述气压调节阀(34)允许通过的气体量蒸发。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的槽罐装置，其特征是，流通量测量机构(52)设置在所述进流管路(10)内并且流通量调节器(50)设置在所述控制单元(14B,14B)内，它们被配置成通过所述进流管路(10)内的进流调节阀(54)来调节所述低温液体的进流。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的槽罐装置，其特征是，泵(58)与所述进流管路(10)连接，其中所述泵(58)由所述流通量调节器(50)控制。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的槽罐装置，其特征是，流通量测量机构(44)设置在所述排流管路(12)中并且流通量调节器(42)设置在所述控制单元(14B,14B)中，它们配置成通过所述排流管路(12)内的排流调节阀(45)调节所述低温液体的排流。
8.一种用于槽罐内的低温介质的料位控制的方法，该方法包括：
通过压差测量机构(16)测量压差，所述压差测量机构通过连接管路(26)与下槽罐区(28)相连并且还通过另一连接管路(20)与所述上槽罐区(22)相连；
通过所述上槽罐区(22)内的绝对压力测量机构(18)和/或温度传感器(56)在低温介质的气态部分中测量绝对压力，以及
通过气压调节阀(34)控制所述槽罐(6)内的所述低温介质的所述气态部分中的压力，
其中，所述低温介质的所述气态部分内的所述压力通过在进流管路(10)和所述上槽罐区(22)之间的分支管路(36)内的所述气压调节阀(34)被调节，并且所述气压调节阀(34)的控制通过与所述压差测量机构(16)相连的罐底压力调节器(32)进行，其特征是，所述罐底压力调节器(32)根据所述低温介质的所述液态部分的所述料位将所述槽罐(6)内的所述低温介质的所述气态部分内的所述压力调节至恒定的罐底压力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述槽罐(6)内的所述低温介质的所述气态部分内的理论压力依据所述低温介质的所述液态部分的所述料位被存储在所述罐底压力调节器(32)内。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征是，所述槽罐(6)内的所述低温介质的所述气态部分内的理论压力依据所述低温介质的所述液态部分的所述料位以函数或表的形式被存储在所述罐底压力调节器(32)内的所述存储器(30)中
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征是，所述低温液体至所述槽罐(6)的进流在考虑所述罐底压力调节器(32)和进流调节器(54)的调节信号的情况下被调节。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征是，所述低温液体至所述槽罐(6)的进流在考虑所述罐底压力调节器(32)和进流泵(56)的调节信号的情况下被调节。
13.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征是，所述低温液体自所述槽罐(6)的排流在考虑所述罐底压力调节器(32)和排流调节器(42)的调节信号的情况下被调节。
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