DD203140A1 - Verfahren und vorrichtung zur transportkenngroessenmessung in mehrphasengemischen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Eigenschaften einer Partikelstroemung, wie Partikelgeschwindigkeit, lineare Partikelabmessung, Partikelabstand, sowie zur Berechnung von Kenngroeszen, wie mittlere Partikelkonzentration (Transportkonzentration), Partikelvolumenstrom. Das Ziel der Erfindung besteht in der Messung der Eigenschaften einzelner Partikel und in der darauf aufbauenden Berechnung der Kenngroeszen der Stroemung fuer eine grosztechnische Anwendung. Die Aufgabe wird geloest durch eine Meszanordnung, bestehend aus Lichtabsorptionssonde mit flexiblen Lichtleitfasern, Lichtquelle und Lichtgeber, optoelektronischen Wandlern, Verstaerkern, Impulszeitmeszeinrichtung und elektronischem Einzweckrechner. An der Lichtabsorptionssonde verursachen die zwischen dem Lichtgeber und den unmittelbar nebeneinander angeordneten zwei Lichtleitfasern der Lichtabsorptionssonde sich hindurch bewegenden Partikel zwei unmittelbar nacheinander auftretende Lichtabsorptionen, die bezueglich ihrer zeitlichen Verschiebung sowie ihres zeitlichen Verlaufs vermessen und zur Berechnung der Geschwindigkeit, der linearen Abmessung, der Transportkonzentration und des Partikelvolumenstromes benutzt werden.

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren and Vorrichtung zur Transportkenngrößenmessung in Mehrphasengemischen ^:

Anwendungsgebiet, der Erfindung

Die Erfindung wird angewendet in Verfahrens- und fördertechnischen Anlagen zur Analyse, überwachung und Steuerung von Iransportzuständen·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Ermittlung von Konzentrationen und Konzentrationsschwankungen in Mehrphasenströmungen durch Rohrleitungen und Apparate sind zahlreiche Verfahren bekannt. Die Anwendung von flexiblen Lichtleitfasern aur Messung der Partikelgröße und der Partikelgeschwindigkeit ist aus Verfahren bekannt, die nach dem Prinzip der Lichtreflexion arbeiten (DE-PS 2 23.1 873 und 2 401 322). Der Erfindung am nächsten kommt ein Verfahren unter Verwendung einer Lichtabsorptionssonde, bei dem mit

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Hilfe der flexiblen Lichtleitfasern, die in einem bestimmten Abstand voneinander in der Sonde angeordnet sind, Geschwindigkeit, Größe und Konzentration von Partikeln einer Meiarphasenströmung durch !frequenzmessung und durch. Korrelationsanalysen der durch die Partikel hervorgerufenen Lichtabsorption bestimmt werden (DD-PS 128 995). nachteilig hierbei ist, daß aufgrund des relativ großen Abstandes der beiden Lichtleitfasern in der Sonde zur Auswertung der Signale ein Korrelator und zur Bestimmung des Volumenstromes der in der Strömung mitgeftihrten Partikel die Kenntnis des Querschnittes des Meßvolumens, das von den Partikeln zwischen Heßsonde und Lichtgeber durchströmt wird, erforderlich sind. Damit ist ein erheblicher Genauigkeitsverlust verbunden.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Messung von Partikelgeschwindigkeit Partikelgröße und Partikelvolumenstrom. mit geringem technische; Aufwand auch unter großtechnischen Bedingungen*

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es bestand die Aufgabe, in einer Mehrphasenströmung die mittlere Partikelgeschwindigkeit und die mittlere Partikelgröße durch die Vermessung von Einzelpartikeln sowie den Partikelvolumenstrom durch direkte Messung der Iransportkonzentration zu bestimmen»

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Transportkenngrößenmessung in Mehrphasengemischen auf der Basis eines lichtoptischen Prinzips, bei dem die Einzelpartikel beim Passieren der Meßstelle einer in.das Strömungsmedium eingebrachten Lichtabsorptionssonde mit zwei Lichtleitern zwei nacheinander auftretende Lichtabsorptionen hervorrufen, die in optoelektronischen Wandlern in elektrische Signale umgewandelt und in Verstärkern verstärkt werden, wobei erfindungs-

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gegiäß durch die Lichtabsorptionen, die die Einzelpartikel in der lichtabsorptionssonde hervorrufen, der zeitliche Verlauf des Durchganges der Einzelpartikel durch die aus Lichtgeber und Lichtabsorptionssonde gebildete Meßschranke sowie der Abstand der Einzelpartikel zueinander bestimmt, die Fehlsignale, die von Sinzelpartikeln herrühren, die die Meßschranke nicht vollständig treffen, von einer weiteren Signalverarbeitung ausgeschlossen, die Zeitmeßwerte vor einer weiteren Terarbeitung einer Mittelwertbildung aus einer großen Anzahl von Einzelmessungen unterworfen und aus den gemittelten Zeitmeßwerten in einer Impulszeitmeßeinrichtung die Partikelgeschwindigkeit, die Partikelgröße, die [Eransportkonzentration und der Partikel-' volumenstrcm berechnet werden.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß zwei einzelne flexible Lichtleitfasern unmittelbar nebeneinander und in Strömungsrichtung des Mehrphasengemisches hintereinander in einem Schutzrohr als Lichtabsorptionssonde einem ebenfalls von einem Schutzrohr umgebenen Lichtleitfaserbündel als Lichtgeber gegenüber angeordnet sind,, wobei ein Abstand, zwischen den Stirnflächen der Lichtleitfasern und dem Lichtleitbündel die Meßschranke bildet, das Lichtleitbündel mit einer Lichtquelle und die zwei einzelnen Lichtleitfasern mit den an sich bekannten optoelektrischen Wandlern und den Verstärkern und einer j&npulszeitmeßeinrichtung und einem Rechenwerk verbunden sind· Es ist zweckmäßig, wenn die Meßschranke in ihrem Abstand veränderbar ist und der Partikelgröße angepaßt werden kann,, damit die Einzelpartikel frei zwischen Lichtabsorptionssonde und Lichtgeber hindurchtreten können, und damit voneinander unterscheidbare, getrennt auswertbare Einzelimpulse auslösen.

Vorteilhaft ist es, die Lichtabsorptionssonde und/oder den Lichtgeber in der Ebene- quer zur Strömungsrichtung verschiebbar zu gestalten und an beliebiger Stelle innerhalb der Strömung zu fixieren*

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt durch eine Rohrleitung, in der eine Mehrphasenströmung aus flüssiger Phase mit festen Partikeln eingeschlossen ist.

Figur 2 zeigt ein Schaltschema für die Durchführung der Iransportkenngrößenmessung.

Entsprechend l?ig» 1 Ist in einem Strömungsrohr 1 eine Mehrphasenströraung 2 vorhanden und durch einen Pfeil angedeutet· In dieses Strömungsrohr 1 ragt eine Lichtabsorptionssonde 3 hinein, die aus zwei flexiblen Lichtleitfasern 4 und 5, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und einem Schutzrohr 6 besteht* In Strömungsrichtung bewegt sich innerhalb der flüssigen Phase feste Partikel 7.

Der Lichtabsorptionssonde 3 gegenüber ein Lichtgeber 8 angeordnet ist, der aus einem Lichtleitfaserbündel 9 und dem Schutzrohr 10 besteht· Sowohl die Lichtabsorptionssonde als auch der Lichtgeber können in den Richtungen 11 und 12 quer zur Ebene der Strömungsrichtung verschoben und an beliebiger Stelle innerhalb der Strömung fixiert werden. Entsprechend Pig* 2 wird Licht von der Lichtquelle 13 auf das Lichtleitfaserbündel 9 übertragen. Ein die Meßschranke 14 passierendes Einzelpartikel verursacht in den beiden Lichtleitfasern 4 und 5 der Lichtabsorptionssonde 3 zwei anmittelbar nacheinander auftretende Lichtabsorptionen, die anschließend in den optoelektronischen Wandlern 15 und 16 in. elektrische Signale umgewandelt und über die Verstärker 17 und verstärkt werden· Die elektrischen Signale werden in bezug auf ihre Zeitverschiebung und in bezug auf ihren zeitlichen Terlauf elektronisch in der Impulszeitmeßeinrichtung 19 vermessen. Aus der Abmessung der Lichtabsorptionssonde In Bewegungsrichtung der-Partikel und den Ergebnissen der Zeitmes^· sungen werden die Partikelgeschwindigkeit, die Partikelgröße und die Transportkonzentration im Rechenwerk 20 errechnet.

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Dort erfolgt ebenfalls aus Partikelgeschwindigkeit, Transportkonzentration und Querschnittsfläche des Strömungsrohres die Berechnung des Volumenstromes der betreffenden Teilphase.

Der Vorteil dieses Verfahrens einschließlich der dazu erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung besteht darin, daß durch die Messung von charakteristischen Zeiten der durch die Sinzelpartikel hervorgerufenen Absorptionsimpulse unmittelbar die üransportkonzentration. berechnet werden kann, ohne daßeine Umrechnung über ein Meßvolumen notwendig ist. Damit erhöht sich die Genauigkeit des Heßergebnisses gegenüber den bekannten Verfahren. Die Anwendung der erfindungsgemäß gestalteten Lichtabsor'ptionssonde gestattet eine sichere Identifikation derzueinander gehörenden Absorptionsimpulse und die Ermittlung der Partikelgeschwindigkeit durch eine Laufzeitmessung ohne Anwendung von Korrelatoren·.

Claims (4)

-δ- 235810 1 Srfindungsanspruch

1. Verfahren zur Transportkenngrößenmessung in Mehrphasengemischen auf der Basis eines lichtoptischen Prinzips, bei dem die Einzelpartikel beim Passieren der Meßstelle einer in das Strömungsmedium eingebrachten Lichtabsorptionssonde mit zwei Lichtleitern zwei nacheinander auftretende Lichtabsorptionen hervorrufen, die in optoelektronischen Wandlern in elektrische Signale umgewandelt und in Verstärkern verstärkt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Lichtabsorptionen, die die Einzelpartikel in der Lichtabsorptionssonde (3) hervorrufen, der zeitliche Verlauf des Durchganges der Einzelpartikel durch die aus Lichtgeber (8) und Lichtabsorptionssonde (3) gebildete Meßschranke (14) sowie der Abstand der linzelpartikel zueinander bestimmt, die Pehlsignale, die von Einzelpartikeln herrühren, die die Meßschranke nicht vollständig treffen, von einer weite-' ren Signalverarbeitung ausgeschlossen, die Zeitmeßwerte vor einer weiteren Verarbeitung einer Mittelwertbildung aus einer großen Anzahl von Einzelmessungen unterworfen und aus den gemittelten Zeitmeßwerten in einer Impulszeitmeßeinrichtung (19) die Partikelgeschwindigkeit, die Partikelgröße, die Iransportkonzentration und der Partikelvolumenstrom berechnet werden.

2.. Vorrichtung zur Transportkenngrößenmessung in Mehrphasengemischen auf der Basis eines lichtoptischen Prinzips, wobei eine Lichtabsorptionssonde mit zwei Lichtleitern in ein Strömungsmedium eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei einzelne flexible Lichtleitfasern (4;5) unmittelbar nebeneinander und hintereinander in Strömungsrichtung des Mehrphasengemisches in einem Schutzrohr (6) einem ebenfalls als Lichtabsorptionssonde (3) von einem Schutzrohr (10) umgebenen Lichtleitfaserbündel (9) als Lichtgeber (8) gegenüber angeordnet sind, wobei ein Abstand zwischen den Stirnflächen der Lichtleitfasern und

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und dem Lichtleitbilndel die Heßsciaranke (14) bildet, das Lichtleitfaserbündel mit einer Lichtquelle (13) und die zwei einzelnen Lichtleitfasern (4;5) mit den an sich bekannten optoelektronischen Wandlern (15;16) und Verstärkern (17;18) und einer Impulszeitmeßeinrichtung (19) und einem Rechenwerk (20) verbunden sind.

3. Vorrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschranke (14) in ihrem Abstand veränderbar ist.

4« Vorrichtung nach Punkt 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß^v die Lichtabsorptionssonde (3) und/oder der Lichtgeber (8) in der Ebene quer zur Strömungsrichtung verschiebbar . und an beliebiger Stelle innerhalb der Strömung fixierbar sind*

Hierzu gehören 2 Blatt Zeichnung