DD222402A1

DD222402A1 - ARRANGEMENT FOR HOIST POSITION MEASUREMENT IN PRESSURE TANKS

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.The invention relates to an arrangement for height measurement of pressure vessels. It can be applied to all pressure vessels, some of which are filled with a liquid and some with steam or gas. The aim and task are to create an arrangement that displays the height level correctly at high pressures and temperatures, regardless of the temperature distribution in the pressure vessel, so that plant damage is avoided and the reliability is increased. This is achieved by the fact that in the pressure vessel, an electrically heated rod, on the surface of which thermoelements are welded gas-tight in certain axial distances, is arranged vertically. To determine the medium temperature further thermocouples are mounted in the pressure vessel. These thermocouples are connected on the one hand directly to a summer and on the other hand via an inverting summer to the summer. This summer then a signaling device and a Anzeigeegeraet are connected downstream.

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to an arrangement for measuring the level of pressure vessels. It can be used on all pressure vessels, which are partly filled with a liquid and partly with steam or a gas.

Characteristic of the known technical solutions

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.In tanks filled with gas or vapor and liquid, it is often necessary to precisely determine the level of the liquid in order to take appropriate measures in case of hazardous conditions. In pressurized containers filled with a hot medium, bubbles may form in the liquid. The density of this two-phase mixture is not determinable because of the many dependencies. The known differential pressure method in this case provides incorrect results, since the height indicator is calibrated to certain nominal parameters. There is only one measurement of the weighted liquid column. The influence of the bubbles on the level is not detected. Even if the deviation from the nominal state is taken into account by compensation measurements, the height of a two-phase mixture can not be determined exactly with the differential pressure principle. The differential pressure method provides inaccurate results even with temperature differences between the media in the container and in the meter. Visual observation is also eliminated at high pressures and temperatures and for safety reasons.

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.Furthermore, methods are known in which measurements of physical variables are used to determine the height. Thus, from DE-OS 2308823 a Niveaumeßeinrichtüng known in which the resistance values of a heating wire, an unheated conductor with temperature-dependent resistance and a compensation resistor in a. Resistance bridge are compared. This measuring device is unsuitable for two-phase mixtures. With different phase distribution, the measurement can become inaccurate because the total resistance of each conductor is used for the bridge circuit. In the total resistance, the local distribution of the vapor along the conductor is not detected. In addition, the measurement is associated with a high expenditure on equipment. Furthermore, the reaction rate of the measuring device is too low to respond immediately to sudden changes in the state variables in the container, since the heat transfer from the medium to the electrical conductors causes a certain time constant. Furthermore, from DE-OS 1959041 a level meter for liquids is known, which consists of thermocouples, which are arranged at certain intervals axially on the surface of a heated rod. In this arrangement, only a temperature indication is dependent on the height in the container. On the basis of the display you can read the level. Only the temperatures on the surface of the heated rod are measured. These change especially during transient processes as the medium temperature changes. Thus, these Temperaturmeßwerte can not be processed, z. B. to allow latches to respond depending on the level. Different temperatures in different heights of the container can also lead to Meßwertverfälschungen in this arrangement.

Ziel der Erfindung .Object of the invention.

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.The object of the invention is to provide an arrangement with which it is possible by an accurate indication of the ride height in all operating regime to avoid plant engineering damage and thus increase the reliability.

Explanation of the essence of the invention

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.The invention is based on the technical object to provide an arrangement that displays the height correctly at high pressures and temperatures regardless of the temperature distribution in the pressure vessel. Furthermore, it should be displayed reliably with little equipment expense in the presence of a two-phase mixture whose boundary layer.

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.This object is achieved in that in the middle of the pressure vessel provided with a longitudinal bore electrically heated rod is arranged vertically. On the surface of this rod thermocouples are gas-tight welded at certain axial distances. Other thermocouples are located at different heights in the pressure vessel to measure the medium temperature. The thermocouples welded to the bar are directly connected to a summer. In contrast, the thermocouples that measure the medium temperature are connected to the summer via an inverting summer. This summer is then followed by a signaling device, in this measurement principle, the different heat transfer between a solid body and a liquid or a gas are exploited.

Fürden Wärmeübergang gilt allgemein: q. = a-At (1)For the heat transfer generally applies: q. = a-At (1)

At ist die Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche des beheizten Stabes und des Mediums.At is the temperature difference between the surface of the heated rod and the medium.

Die Wärmestromdichte q. ist konstant, wenn der Stab mit einer definierten, unveränderlichen Wärmeleistung beheizt wird.The heat flux q. is constant when the bar is heated with a defined, fixed heat output.

Somit gilt für den beheizten StabThus applies to the heated rod

a- At = const ' (2)a- At = const '(2)

a_w At_w = a_D · At₀ . (3)a _w At _w = a _D · At ₀ . (3)

a_D At_w a _D At _w

-2- 260 693 8-2- 260 693 8

Es bedeuten: . . , .It means:. , ,.

q. — Wärmestrbmdichteq. - Heat flux density

At_w — TemperaturdifferenzzwischenStabo.berflächeundFlüssigkeitbzw.Zweiphasengemisch Δΐ_ο — Temperaturdifferenz zwischen Stäboberfläche und Gas bzw. DampfAt _w - temperature difference between rod surface and liquid or two-phase mixture Δΐ _ο - temperature difference between baffle surface and gas or vapor

~5_W — Wärmeübergangszahl in der Flüssigkeit bzw. Zweiphasengemisch ~~' "~ 5 _W - heat transfer coefficient in the liquid or two-phase mixture ~~ ' "

a_D — Wärmeübergarigszahlim Dampf- bzw. Gasrauma _D - Heat excess index in steam or gas space

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.The heat transfer coefficient to the water or to the two-phase mixture is in any case greater than to the steam or gas. Therefore, the temperature at the surface of the rod in the vapor or gas space is higher than in the liquid or two-phase region. By evaluating the temperature differences, the ride height can be determined. Since the temperature difference is used, the ride height can be determined independently of the temporal and local change in the medium temperature. The temperature difference depends only on the ratio of the heat transfer coefficients in the gas and liquid phase and the heat flux density. Since the heat transfer coefficients are sufficiently far apart, the difference values of the temperatures can be used as a response criterion for altitude-dependent interlocks. In addition, the temperature difference can be displayed with simple display devices and the ride height can be read off.

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.If liquid drops in the gas space hit the rod, they evaporate. Gas bubbles in the liquid increase the turbulence and thus improve the heat transfer. Only above the phase boundary, when a closed vapor film surrounds the surface of the heating rod, the heat transfer coefficient decreases. Thus, also the mixture level of a strongly moving liquid can be determined.

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.The inventive arrangement, regardless of the operating state, a height measurement can be done with little equipment. The output signal can then be used for a height-dependent locking, so that the safety of the system is increased. In addition, the ride height can also be determined for boiling liquids.

embodiment

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels, näher erläutert werden. 'The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. '

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. .In the figure, the arrangement is shown schematically. In the pressure vessel 1 there is an electrically heated vertical rod 2, on the surface of which thermoelements 3 are welded gas-tight in certain axial distances. The heated rod 2 has a longitudinal bore in the middle, in which the leads to the thermocouples 3 are located. The rod 2 consists of a semiconductor. At the internals of the pressure vessel 1 are located at different heights more thermocouples 4, which measure the medium temperature. In order to determine the temperature difference, the values for the medium temperature must be made negative. For this purpose, the thermocouples 4 are connected to an inverting summer 5. In order to take into account t temperature differences in the pressure vessel 1, the differences between the measured values of the thermocouples 3 of the heated rod 2 and the height-associated measured values of the medium temperature are formed in a summer 6. ,

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. 'These temperature differences are then fed to a signaling device 7, in which a limit value for the temperature difference is set. For the individual measuring points on the heated rod 2, the signaling device 7 queries whether the measured temperature difference is greater or less than the limit value. Depending on the signal output, a lock may or may not respond. On an LED display device 8, which is provided with a scale, the height 'can be read directly. '

Claims

, '-1- 260 693 8

Invention claim:

Arrangement for measuring the level of pressure vessels, characterized in that in the pressure vessel (1) provided with a longitudinal bore electrically heated rod (2) on the surface at certain axial intervals thermocouples (3) are gas-tight welded, is arranged vertically, that further Thermocouples (4) for determining the temperature of the medium in the pressure vessel and that the thermocouples (3) directly to a summer (6), whereas the thermocouples (4) via an inverting summer (5) with the summer (6), the a Signalisationseinrichtuh ( 7) is connected downstream.

For this 1 page drawings.