DD222402A1

DD222402A1 - Anordnung zur hoehenstandsmessung in druckbehaeltern

Info

Publication number: DD222402A1
Application number: DD26069384A
Authority: DD
Inventors: Gerhard Keil
Original assignee: Energiewerke Nord Gmbh
Priority date: 1984-03-08
Filing date: 1984-03-08
Publication date: 1985-05-15

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Hoehenstandsmessung an Druckbehaeltern. Sie kann an allen Druckbehaeltern, die teils mit einer Fluessigkeit und teils mit Dampf bzw. Gas gefuellt sind, angewendet werden. Ziel und Aufgabe sind, eine Anordnung zu schaffen, die bei hohen Druecken und Temperaturen unabhaengig von der Temperaturverteilung im Druckbehaelter den Hoehenstand richtig anzeigt, so dass anlagentechnische Schaeden vermieden werden und die Betriebssicherheit erhoeht wird. Dies wird dadurch geloest, dass im Druckbehaelter ein elektrisch beheizter Stab, auf dessen Oberflaeche in bestimmten axialen Abstaenden Thermoelemente gasdicht angeschweisst sind, senkrecht angeordnet ist. Zur Ermittlung der Mediumtemperatur sind weitere Thermoelemente im Druckbehaelter angebracht. Diese Thermoelemente sind einerseits direkt mit einem Summierer und andererseits ueber einen invertierenden Summierer mit dem Summierer verbunden. Diesem Summierer sind dann eine Signalisationseinrichtung und ein Anzeigegeraet nachgeschaltet.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Höhenstandsmessung an Druckbehältern. Sie kann an allen Druckbehältern, die teils mit einer Flüssigkeit und teils mit Dampf bzw. einem Gas gefüllt sind, angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In Behältern, die mit Gas bzw. Dampf und Flüssigkeit gefüllt sind, ist es oft notwendig, den Höhenstand der Flüssigkeit genau zu bestimmen, um bei betriebsgefährdenden Zuständen entsprechende Maßnahmen einzuleiten. In Behältern, die unter Druck stehen und mit einem heißen Medium gefüllt sind, können in der Flüssigkeit Blasen entstehen. Die Dichte dieses Zweiphasengemisches ist wegen der vielen Abhängigkeiten nicht bestimmbar. Das bekannte Wirkdruckverfahren liefert in diesem Fall falsche Ergebnisse, da die Höhenstandsanzeige auf bestimmte Nennparameter geeicht ist. Es erfolgt nur eine Messung der gewichteten Flüssigkeitssäule. Der Einfluß der Blasen auf den Höhenstand wird nicht erfaßt. Auch wenn durch Kompensationsmessungen die Abweichung vom Nennzustand berücksichtigt wird, läßt sich die Höhe eines Zweiphasengemisches mit dem Wirkdruckprinzip nicht exakt bestimmen. Das Wirkdruckverfahren liefert auch bei Temperaturunterschieden zwischen den Medien im Behälter und im Meßgerät ungenaue Ergebnisse. Eine visuelle Beobachtung scheidet bei hohen Drücken und Temperaturen sowie aus Sicherheitsgründen ebenfalls aus.

Es sind weiterhin Verfahren bekannt, bei denen Messungen physikalischer Größen zur Höhenstandsbestimmung genutzt werden. So ist aus der DE-OS 2308823 eine Niveaumeßeinrichtüng bekannt, bei der die Widerstandswerte eines Heizdrahtes, eines unbeheizten Leiters mit temperaturabhängigem Widerstand und eines Kompensationswiderstandes in einer. Widerstandsbrücke verglichen werden. Diese Meßeinrichtung ist für Zweiphasengemische ungeeignet. Bei unterschiedlicher Phasenverteilung kann die Messung ungenau werden, da der Gesamtwiderstand jedes Leiters für die Brückenschaltung verwendet wird. In dem Gesamtwiderstand Wird die örtliche Verteilung des Dampfes entlang des Leiters nicht erfaßt. Darüber hinaus ist die Messung mit einem hohen apparativen Aufwand verbunden. Des weiteren ist die Reaktionsgeschwindigkeit der Meßeinrichtung zu gering, um auf plötzliche Änderungen der Zustandsgrößen im Behälter sofort zu reagieren, da die Wärmeübertragung vom Medium an die elektrischen Leiter eine bestimmte Zeitkonstante hervorruft. Weiterhin ist aus der DE-OS 1959041 ein Höhenstandsmesser für Flüssigkeiten bekannt, der aus Thermoelementen besteht, die in bestimmten Abständen axial auf der Oberfläche eines beheizten Stabes angeordnet sind. Bei dieser Anordnung erfolgt nur eine Temperaturanzeige in Abhängigkeit von der Höhe im Behälter. Anhand der Anzeige kann man den Höhenstand ablesen. Es werden nur die Temperaturen auf der Oberfläche des beheizten Stabes gemessen. Diese verändern sich besonders während instationärer Vorgänge in dem Maße wie sich die Mediumtemperatur ändert. Somit lassen sich diese Temperaturmeßwerte nicht weiter verarbeiten, z. B. um Verriegelungen in Abhängigkeit vom Höhenstand ansprechen zu lassen. Unterschiedliche Temperaturen in verschiedenen Höhen des Behälters können außerdem zu Meßwertverfälschungen bei dieser Anordnung führen.

Ziel der Erfindung .

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu schaffen, mit der es möglich ist, durch eine genaue Anzeige des Höhenstandes bei allen Betriebsregimes anlagentechnische Schäden zu vermeiden und somit die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die bei hohen Drücken und Temperaturen unabhängig von der Temperaturverteilung im Druckbehälter den Höhenstand richtig anzeigt. Des weiteren soll mit geringem apparativen Aufwand bei Vorhandensein eines Zweiphasengemisches dessen Grenzschicht zuverlässig angezeigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Mitte des Druckbehälters ein mit einer Längsbohrung versehener elektrisch beheizter Stab senkrecht angeordnet ist. Auf der Oberfläche dieses Stabes sind in bestimmten axialen Abständen Thermoelemente gasdicht angeschweißt. Weitere Thermoelemente befinden sich in unterschiedlicher Höhe im Druckbehälter, um die Mediumtemperatur zu messen. Die Thermoelemente, die auf dem Stab angeschweißt sind, sind direkt mit einem Summierer verbunden. Dagegen sind die Thermoelemente, die die Mediumtemperatur messen, über einen invertierenden Summierer mit dem Summierer verbunden. Diesem Summierer ist dann eine Signalisationseinrichtung nachgeschaltet, Bei diesem Meßprinzip werden die unterschiedlichen Wärmeübergänge zwischen einem festen Körper und einer Flüssigkeit bzw. einem Gas ausgenutzt.

Fürden Wärmeübergang gilt allgemein: q. = a-At (1)

At ist die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des beheizten Stabes und des Mediums.

Die Wärmestromdichte q. ist konstant, wenn der Stab mit einer definierten, unveränderlichen Wärmeleistung beheizt wird.

Somit gilt für den beheizten Stab

a- At = const ' (2)

a_w At_w = a_D · At₀ . (3)

a_D At_w

-2- 260 693 8

Es bedeuten: . . , .

q. — Wärmestrbmdichte

At_w — TemperaturdifferenzzwischenStabo.berflächeundFlüssigkeitbzw.Zweiphasengemisch Δΐ_ο — Temperaturdifferenz zwischen Stäboberfläche und Gas bzw. Dampf

~5_W — Wärmeübergangszahl in der Flüssigkeit bzw. Zweiphasengemisch ~~' "

a_D — Wärmeübergarigszahlim Dampf- bzw. Gasraum

Die Wärmeübergangszahl zum Wasser bzw. zum Zweiphasengemisch ist in jedem Fall größer als zum Dampf bzw. Gas. Deshalb ist die Temperatur an der Oberfläche des Stabes im Dampf- bzw. Gasraum höher als im Flüssigkeits- bzw. Zweiphasengebiet. Durch Auswertung der Temperaturdifferenzen läßt sich der Höhenstand ermitteln. Da die Temperaturdifferenz genutzt wird, läßt sich der Höhenstand unabhängig von der zeitlichen und örtlichen Änderung der Mediumtemperatur bestimmen. Die Temperaturdifferenz hängt lediglich vom Verhältnis der Wärmeübergangszahlen in der Gas- und Flüssigkeitsphase sowie der Wärmestromdichte ab. Da die Wärmeübergangszahlen genügend weit aüseinanderliegen, können die Differenzwerte der Temperaturen als Ansprechkriterium für höhenstandsabhängige Verriegelungen genutzt werden. Außerdem, kann die Temperaturdifferenz mit einfachen Anzeigegeräten dargestellt und der Höhenstand abgelesen werden.

Treffen Flüssigkeitstropfen im Gasraum auf den Stab, so verdampfen sie. Gasblasen in der Flüssigkeit erhöhen die Turbulenz und verbessern somit den Wärmeübergang. Erst oberhalb der Phasengrenze, wenn ein geschlossener Dampffilm die Oberfläche des Heizstabes umgibt, nimmt die Wärmeübergangszahl ab. Somit läßt sich auch der Gemischspiegel einer stark bewegten Flüssigkeit bestimmen.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann unabhängig vom Betriebszustand eine Höhenstandsmessung mit geringem apparativen Aufwand erfolgen. Das Ausgangssignal kann dann für eine höhenstandsabhängige Verriegelung genutzt werden, so daß die Sicherheit der Anlage erhöht wird. Darüber hinaus kann der Höhenstand auch für siedende Flüssigkeiten bestimmt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, näher erläutert werden. '

In der Figur ist die Anordnung schematisch dargestellt. Im Druckbehälter 1 befindet sich ein elektrisch beheizter senkrechter Stab 2, auf dessen Oberflache in bestimmten axialen Abständen Thermoelemente 3 gasdicht angeschweißt sind. Der beheizte Stab 2 hat in der Mitte eine Längsbohrung, in der sich die Zuleitungen zu den Thermoelementen 3 befinden. Der Stab 2 besteht aus einem Halbleiter. An den Einbauten des Druckbehälters 1 befinden sich in unterschiedlicher Höhe weitere Thermoelemente 4, die die Mediumtemperatur messen. Um die Temperaturdifferenz zu bestimmen, müssen die Werte fürdie Mediumtemperatur negativ gemacht werden. Dazu sind die Thermoelemente 4 mit einem invertierenden Summierer 5 verbunden. Um nun t Temperaturunterschiede im Druckbehälter 1 zu berücksichtigen, werden in einem Summierer 6 die Differenzen zwischen den Meßwerten der Thermoelemente 3 des beheizten Stabes 2 und den höhenmäßig zugeordneten Meßwerten der Mediumtemperatur gebildet. .

Diese Temperaturdifferenzen werden dann einer Signalisationseinrichtung 7 zugeführt, in derein Grenzwert für die Temperaturdifferenz eingestellt wird. Für die einzelnen Meßstellen am beheizten Stab 2 wird in der Signalisationseinrichtung 7 abgefragt, ob die gemessene Temperaturdifferenz größer oder kleiner als der Grenzwert ist. Entsprechend dem abgegebenen Signal kann eine Verriegelung ansprechen oder nicht. An einem LED-Anzeigegerät 8, das mit einer Skala versehen ist, kann der Höhenstand'direkt abgelesen werden. '

Claims

. ' -1- 260 693 8

Erfindungsanspruch:

Anordnung zur Höhenstandsmessung an Druckbehältern, gekennzeichnet dadurch, daß in dem Druckbehälter (1) ein mit einer Längsbohrung versehener elektrisch beheizter Stab (2), auf dessen Oberfläche in bestimmten axialen Abständen Thermoelemente (3) gasdicht angeschweißt sind, senkrecht angeordnet ist, daß sich weitere Thermoelemente (4) zur Ermittlung der Mediumtemperatur im Druckbehälter befinden und daß die Thermoelemente (3) direkt mit einem Summierer (6), dagegen die Thermoelemente (4) über einen invertierenden Summierer (5) mit dem Summierer (6), dem eine Signalisationseinrichtuhg (7) nachgeschaltet ist, verbunden sind.

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