DE102013114544A1

DE102013114544A1 - Druckmessstelle

Info

Publication number: DE102013114544A1
Application number: DE102013114544.2A
Authority: DE
Inventors: Roland Keser
Original assignee: Endress and Hauser Messtechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2013-12-19
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2015-06-25
Also published as: WO2015090763A1

Abstract

Eine Druckmessstelle (1) umfasst: einen Druckmessaufnehmer (30); eine Prozessinstallation, welche eine Leitung oder einen Behälter (10) umfasst, wobei der Druckmessaufnehmer (30) mittels mindestens eines Wirkdruckpfads (20) an die Prozessinstallation angeschlossen ist, um einen Druck zu erfassen, wobei der Wirkdruckpfad (20) zumindest einen Endabschnitt (24, 32) aufweist, der oberhalb eines Durchgangsabschnitts (22) des Wirkdruckpfads (32) an die Prozessinstallation angeordnet ist, wobei der Durchgangsabschnitt zwischen dem Endabschnitt und der Prozessinstallation angeordnet ist, und wobei der Druckmessaufnehmer (30) über den Endabschnitt (24, 32) und den Durchgangsabschnitt (22) mit einem in der Prozessanlage enthaltenen Medium beaufschlagbar ist, wobei die Druckmessstelle weiterhin eine Ventilanordnung (40) aufweist, über welche der Endabschnitt (24, 32) zu entlüften ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (40) dazu eingerichtet ist, die Entlüftung des Endabschnitts automatisch durchzuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Druckmessstelle, welche einen Druckmessaufnehmer an einer Prozessinstallation mit einer Leitung oder einem Behälter umfasst, wobei der Druckmessaufnehmer an die Leitung oder den Behälter angeschlossen ist, um einen Druckmesswert zu erfassen.
Leitungen oder Behälter von Prozessanlagen führen bzw. enthalten Flüssigkeiten, deren Druck zu erfassen ist. Diese Flüssigkeiten enthalten gegebenenfalls gelöste Gase, die unter bestimmten Bedingungen ausgasen und sich insbesondere in höher gelegenen Komponenten einer Prozessinstallation ansammeln können. Häufig sind Druckmessaufnehmer an einem erhöhten Punkt angeordnet, so dass sich die gelösten Gase unmittelbar in dem Druckmessaufnehmer ansammeln. Dies kann insofern nachteilig sein, als durch das Gas die Druckmessung verfälscht wird. Es ist daher bekannt, an Druckmessgeräten ein Entlüftungsventil vorzusehen, welches periodisch von einem Bediener zu öffnen ist, um angesammeltes Gas entweichen zu lassen. Dies ist jedoch eine sehr aufwändige Vorgehensweise. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Druckmessstelle gemäß dem unabhängigen Anspruch 1.
Die erfindungsgemäße Druckmessstelle umfasst einen Druckmessaufnehmer; eine Prozessinstallation, welche eine Leitung oder einen Behälter umfasst, wobei der Druckmessaufnehmer mittels mindestens eines Wirkdruckpfads an die Prozessinstallation angeschlossen ist, um einen Druck zu erfassen, wobei der Wirkdruckpfad zumindest einen Endabschnitt aufweist, der oberhalb eines Durchgangsabschnitts des Wirkdruckpfads an die Prozessinstallation angeordnet ist, wobei der Durchgangsabschnitt zwischen dem Endabschnitt und der Prozessinstallation angeordnet ist, und wobei der Druckmessaufnehmer über den Endabschnitt und den Durchgangsabschnitt mit einem in der Prozessanlage enthaltenen Medium beaufschlagbar ist, wobei die Druckmessstelle weiterhin eine Ventilanordnung aufweist, über welche der Endabschnitt zu entlüften ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung dazu eingerichtet ist, die Entlüftung des Endabschnitts automatisch durchzuführen.
Druckmessaufnehmer im Sinne der Erfindung können Absolut- Relativ- oder Differenzdruckmessaufnehmer sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilanordnung ein Ventilgehäuse und einen beweglichen Verschlusskörper auf, wobei der Verschlusskörper in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, wobei das Ventilgehäuse eine Entlüftungsöffnung aufweist, die von einer ersten Dichtungsfläche umgeben ist, wobei der Verschlusskörper eine zweite Dichtungsfläche aufweist, wobei der Verschlusskörper dazu vorgesehen ist, die Entlüftungsöffnung zu verschließen, wenn die zweite Dichtungsfläche an der ersten Dichtungsfläche anliegt, wobei die Ventilanordnung weiterhin einen mechanischen Steuerkörper umfasst, welcher mit einem Medium in dem Ventilgehäuse beaufschlagbar ist, wobei der Steuerkörper dazu vorgesehen ist, den Verschlusskörper gegen die erste Dichtungsfläche einzuspannen, so dass die zweite Dichtungsfläche an der ersten Dichtungsfläche anliegt um die Entlüftungsfläche zu verschließen, wenn das Medium eine Flüssigkeit ist, und den Verschlusskörper freizugeben, wenn das Medium ein Gas ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Steuerkörper einen Quellkörper welcher bei Beaufschlagung mit einem wässrigen Medium reversibel quillt und im gequollenen Zustand den Verschlusskörper mit der zweiten Dichtfläche gegen die erste Dichtfläche presst, um die Ventilöffnung zu verschließen.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Steuerkörper einen Schwimmer auf, welcher bei Beaufschlagung mit einem wässrigen Medium eine Auftriebskraft aufweist, mit welcher der Verschlusskörper mit der zweiten Dichtungsfläche gegen die erste Dichtungsfläche gespannt wird um die Ventilöffnung zu verschließen.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Schwimmer eine effektive Dichte auf, die kleiner als 0,75 g/Kubikzentimeter, insbesondere < 0,5 g/Kubikzentimeter ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Ventilanordnung einen elastischen Körper auf, welcher eine Rückstellkraft bereitstellt, die ausreichend ist, den Verschlusskörper von der Ventilöffnung fernzuhalten, wenn der Steuerkörper nicht mit einer Flüssigkeit beaufschlagt ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Druckmessstelle weiterhin einen Aktuator und einen Messfühler auf, wobei der Messfühler dazu vorgesehen ist, den Leitungsabschnitt auf die Anwesenheit eines flüssigen Mediums zu überwachen, wobei der Messfühler ein Steuersignal ausgibt, mit welchem der Aktuator gesteuert wird, wobei die Ventilanordnung bei Anwesenheit eines flüssigen Mediums durch den Aktuator geschlossen wird, und bei Abwesenheit eines flüssigen Mediums geöffnet wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Messfühler dazu eingerichtet, die Anwesenheit eines flüssigen Mediums anhand dessen elektrischer oder thermischer Leitfähigkeit, dessen Wärmekapazität, dessen dielektrischer Eigenschaften, oder dessen optischer Eigenschaften festzustellen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Druckmessaufnehmer ein Absolutdruck- oder Relativdruckmessaufnehmer, wobei der Wirkdruckpfad eine Wirkdruckleitung umfasst, über welche der Druckmessaufnehmer an die Prozessinstallation angeschlossen ist, wobei die Ventilanordnung unmittelbar angrenzend an den Druckmessaufnehmer in dem Wirkdruckpfad angeordnet ist oder mit dieser kommuniziert.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Druckmessaufnehmer ein Differenzdruckmessaufnehmer, welcher über zwei Wirkdruckpfade, die jeweils eine Wirkdruckleitung aufweisen, an die Prozessinstallation angeschlossen ist, wobei mindestens einer der Wirkdruckpfade, vorzugsweise beide Wirkdruckpfade unmittelbar angrenzend an den Differenzdruckmessaufnehmer eine Ventilanordnung aufweisen bzw. mit dieser kommunizieren.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Druckmessaufnehmer ein Differenzdruckmessaufnehmer, welcher über zwei Wirkdruckleitungen an die Prozessinstallation angeschlossen ist, wobei mindestens eine der Druckleitungen, vorzugsweise beide Wirkdruckleitungen unmittelbar angrenzend an den Druckmessaufnehmer eine Ventilanordnung auf weisen bzw. mit dieser kommunizieren.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckmessstelle;
2: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckmessstelle;
3: einen schematischen Längsschnitt durch eine erste Ventilanordnung einer erfindungsgemäßen Druckmessstelle;
4a: einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ventilanordnung einer erfindungsgemäßen Druckmessstelle, wobei die Ventilanordnung geschlossen ist;
4a: einen schematischen Längsschnitt durch eine zweite Ventilanordnung einer erfindungsgemäßen Druckmessstelle, wobei die Ventilanordnung geschlossen ist; und
4b: einen schematischen Längsschnitt durch die zweite Ventilanordnung aus 4a, wobei die Ventilanordnung geöffnet ist.
Die in 1 dargestellte Druckmessstelle 1 umfasst eine Prozessinstallation mit einem Behälter 10, in dem ein Prozessmedium enthalten ist, dessen Füllstand hydrostatisch zu bestimmen ist. Hierzu ist ein Wirkdruckpfad 20 an den Behälter 10 angeschlossen, der eine Wirkdruckleitung 21, mit einem tiefer gelegenen Durchgangsabschnitt 22, einem Absperrventil 23 und einem oberhalb des Durchgangsabschnitts 22 gelegenen Endabschnitt 24 sowie einen ersten Prozessanschlussflansch 32 aufweist. Der erste Prozessanschlussflansch 32 ist an einen Differenzdruckmessaufnehmer 30 angeschlossen, um Letzteren mit einem über die Wirkdruckleitung 21 übertragenen Druck zu beaufschlagen. Das Absperrventil 23 ist im normalen Messbetrieb stets geöffnet und nur für Wartungsarbeiten, bei denen nachfolgende Teile zu demontieren sind, zu schließen. Die Wirkdruckleitung 21 weist an dem behälterseitigen Ende eine Verzweigung zur einem Abscheider 27 auf, indem ein Ablassventil 28 nachgeordnete ist. Diese Verzweigung ist für die vorliegende Erfindung nicht relevant, sei aber der Vollständigkeit halber erwähnt. In vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Medium in dem Behälter 10 dem Atmosphärendruck ausgesetzt, so dass für eine korrekte Füllstandsmessung die hydrostatische Druckmessung mit Bezug auf Atmosphärendruck durchzuführen ist. Daher ist der Differenzdruckmessaufnehmer 30 wie ein Relativdruckmessaufnehmer zu betreiben. Zu diesem Zweck weist ein zweiter Prozessanschlussflansch 34, welche zusammen mit dem ersten Prozessanschlussflansch 32 den Differenzdruckmessaufnehmer 30 einspannt und trägt, eine Öffnung zur Atmosphäre auf.
Bei der Installation des Differenzdruckmessaufnehmers 30 oder aufgrund von Ausgasen kann sich Gas in dem Endabschnitt 24 der Wirkdruckleitung und in dem ersten Prozessanschluß 32 sammeln, wodurch eine Druckmessung verfälscht werden kann. Daher ist eine automatische Ventilanordnung 40 an dem ersten Prozessanschluß 32 angeordnet, um gegebenenfalls angesammeltes Gas entweichen zu lassen. Einzelheiten zu Wirkprinzip in der Ventilanordnung und werden weiter unten im Zusammenhang mit 3 und 4 erläutert.
Die in 2 dargestellte Druckmessstelle 101 umfasst eine Rohrleitung mit einer Blende 110 als Wirkdruckgeber zur Durchflussmessung mittels eines Differenzdruckmessaufnehmers 130, welcher über zwei Wirkdruckpfade 120 stromaufwärts und stromabwärts der Blende 110 an die Rohrleitung angeschlossen ist. Jeder Wirkdruckpfad umfasst eine Wirkdruckleitung 121 mit einem tiefer gelegenen Durchgangsabschnitt 122, einem Absperrventil 123 und einem Endabschnitt 124, welcher höher gelegen ist als der Durchgangsabschnitt 122, sowie einen Prozessanschlussflansch 132, wobei der Prozessanschlussflansch 132 oberhalb des Endabschnitts 124 der Wirkdruckleitung angeordnet ist. Zudem ist zwischen den Endabschnitten 124 der Wirkdruckleitungen 121 ein Ausgleichsventil 125 vorgesehen, welches im normalen Messbetrieb geschlossen ist aber zum Druckausgleich zwischen den Wirkdruckleitungen 121 für den Nullpunktabgleich geöffnet werden kann. Die Wirkdruckleitungen 121 weisen jeweils eine Verzweigung zu einem Abscheider 127 und einem Ablassventil 128 auf. Die Absperrventil 123 und das Ausgleichsventil 125 können in einem Ventilblock zusammengefasst sein, welcher zugleich eine Basis für die Montage der beiden Prozessanschlussflansche 132 bildet, zwischen denen ein Differenzdruckmessaufnehmer 130 einzuspannen ist, mit welchem ein durch die Blende 110 verursachter durchflussabhängiger Differenzdruck zu messen ist. Um in den Endabschnitten 124 der Wirkdruckleitungen 121 und in den Prozessanschlussflanschen 132 angesammeltes Gas entweichen lassen zu können sind automatische Ventilanordnung 140 an der Oberseite der Prozessanschlussflansche 132 montiert, welche mit den Wirkdruckpfaden kommunizieren. Optional können die Ventilanordnungen 140 jeweils über eine mit einem Rückschlagventil 150 abgesicherte und gegebenenfalls mit einem Absperrventil sperrbare Verbindungsleitung an die Wirkdruckleitung 121 angeschlossen sein. Auf diese Weise kann eine Gaskomponente zurück ins Medium geführt werden, wodurch eine Umweltbelastung vermieden wird.
3 zeigt nun ein erstes Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung 400, wobei die Ventilanordnungen eine erste Ventilöffnung 401 für eine automatische Entlüftung aufweist und eine zweite Ventilöffnung 403 für eine manuelle Entlüftung. Weiterhin enthält die Ventilanordnungen 401 Rückschlagventil 404, welches eine Kugel umfasst, die auf einem Dichtungssitz aufliegt und den Dichtungssitz Längskanals verschließt, wenn Medium durch die genannten Ventilöffnungen eintritt und in Richtung des Längskanals fließt. Ähnliche Ventile werden Beispielsweise unter der Bezeichnung Taconova für die Entlüftung von Heizungssystemen angeboten. Die Ventilanordnungen 400 umfasst zur automatischen Entlüftung einem Entlüftungskörper 407 mit einer axialen Bohrung, welche mit dem Längskanal fluchtet und in einer Entlüftungskammer 407a mündet. Die Entlüftungskammer 407a hat im wesentlichen eine zylindrische Struktur, wobei die Ventilöffnung 401 in der Mantelfläche der Entlüftungskammer 407a an dem oberen Ende der Mantelfläche angeordnet ist. In der Entlüftungskammer 407a ist ein ringscheibenförmiger Quellkörper 406 angeordnet, der in Kombination sowohl als Verschlusskörper als auch als Steuerkörper dient. Wenn nämlich der Quellkörper 406 bei Anwesenheit eines flüssigen Mediums gequollen ist, sind seine beiden Stirnflächen zwischen den Stirnflächen der Entlüftungskammer 407a axial eingespannt, so dass sie eine Dichtung zwischen der axialen Bohrung der Entlüftungskammer 407a und der ersten Ventilöffnung 401 bilden, so dass keine Flüssigkeit aus der Ventilöffnung 401 austreten kann. Wenn der Quellkörper 406 dagegen von einer Gasatmosphären umgeben und nicht gequollen ist, so entfaltet er keine Dichtwirkung und Gas, welches durch die axiale Bohrung in die Entlüftungskammer 407a gelangt, kann aus der ersten Ventilöffnung 401 austreten. Der Entlüftungskörper 407 ist in eine Hauptkammer 408a, eines Ventilhauptkörpers 408 geschraubt, wobei zwischen der Unterseite des Entlüftungskörpers 407 und der Hauptkammer 408a ein Dichtring 402 axial eingespannt ist, um die zweite Ventilöffnung 403 in einer Mantelfläche der Hauptkammer 408a gegenüber dem Längskanal abzudichten.
Das in den 4a und 4b gezeigte zweite Ausführungsbeispiel einer Ventilanordnung 500 umfasst einen Ventilkörper 501 mit einem Gewindeschaft 502 zum Anschließen der Ventilanordnung 500 an einen Prozessanschlussflansch. In dem Ventilkörper ist eine Ventilkammer 503 ausgebildet, zu der sich von der Unterseite des Gewindeschafts 502 her ein Längskanal 504 erstreckt. Die Ventilkammer 503 weist an ihrer Oberseite eine Ventilöffnung 505 auf, welche von einem ersten konischen Dichtungssitz 506 umgeben ist. Die Ventilanordnung 500 umfasst einen kugelförmigen Verschlusskörper 507 welche über einen Schaft mit einem als Schwimmer 508 ausgebildeten Steuerkörper verbunden ist. Wenn flüssiges Medium in der Ventilkammer 503 vorhanden ist, erfährt der Schwimmer 508 eine solche Auftriebskraft, dass er den kugelförmigen Verschlusskörper 507 gegen den Dichtungssitz 506 spannt, so dass kein Medium durch die Ventilöffnung 505 austreten kann (4a). In Abwesenheit einer Flüssigkeit entfällt jedoch die Auftriebskraft für den Schwimmer 508, so dass der Verschlusskörper 507 nicht gegen die Dichtfläche 506 gespannt wird, so dass in der Ventilkammer 503 enthaltenes Gas durch die Ventilöffnung 505 austreten kann (4b). Erst wenn flüssiges Medium nachströmt und in die Kammer gelangt, wird die Ventilanordnung 500 dann wieder aufgrund der Auftriebskraft auf den Schwimmer 508 geschlossen. Zur Feinabstimmung der zu beachtenden Kräfte kann zwischen dem Ventilkörper 501 und dem Steuerkörper bzw. dem Schwimmer 508 eine Feder angeordnet sein.

Claims

Druckmessstelle, umfassend: einen Druckmessaufnehmer (30); eine Prozessinstallation, welche eine Leitung oder einen Behälter (10) umfasst, wobei der Druckmessaufnehmer (30) mittels mindestens eines Wirkdruckpfads (20) an die Prozessinstallation angeschlossen ist, um einen Druck zu erfassen, wobei der Wirkdruckpfad (20) zumindest einen Endabschnitt (24, 32) aufweist, der oberhalb eines Durchgangsabschnitts (22) des Wirkdruckpfads (32) an die Prozessinstallation angeordnet ist, wobei der Durchgangsabschnitt zwischen dem Endabschnitt und der Prozessinstallation angeordnet ist, und wobei der Druckmessaufnehmer (30) über den Endabschnitt (24, 32) und den Durchgangsabschnitt (22) mit einem in der Prozessanlage enthaltenen Medium beaufschlagbar ist, wobei die Druckmessstelle weiterhin eine Ventilanordnung (40) aufweist, über welche der Endabschnitt (24, 32) zu entlüften ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (40) dazu eingerichtet ist, die Entlüftung des Endabschnitts automatisch durchzuführen.
Druckmessstelle nach Anspruch eins, wobei die Ventilanordnung ein Ventilgehäuse und einen beweglichen Verschlusskörper aufweist, wobei der Verschlusskörper in dem Ventilgehäuse angeordnet ist, wobei das Ventilgehäuse eine Entlüftungsöffnung aufweist, die von einer ersten Dichtungsfläche umgeben ist, wobei der Verschlusskörper eine zweite Dichtungsfläche aufweist, wobei der Verschlusskörper dazu vorgesehen ist, die Entlüftungsöffnung zu verschließen, wenn die zweite Dichtungsfläche an der ersten Dichtungsfläche anliegt, wobei die Ventilanordnung weiterhin einen mechanischen Steuerkörper umfasst, welcher mit einem Medium in dem Ventilgehäuse beaufschlagbar ist, wobei der Steuerkörper dazu vorgesehen ist, den Verschlusskörper gegen die erste Dichtungsfläche einzuspannen, so dass die zweite Dichtungsfläche an der ersten Dichtungsfläche anliegt um die Entlüftungsfläche zu verschließen, wenn das Medium eine Flüssigkeit ist, und den Verschlusskörper freizugeben, wenn das Medium ein Gas ist.
Druckmessstelle nach Anspruch zwei, wobei der Steuerkörper einen Quellkörper umfasst, welcher bei Beaufschlagung mit einem wässrigen Medium reversibel quillt
Druckmessstelle nach Anspruch 2, wobei der Steuerkörper einen Schwimmer umfasst, welcher bei Beaufschlagung mit einem wässrigen Medium eine Auftriebskraft aufweist, mit welcher der Verschlusskörper mit der zweiten Dichtungsfläche gegen die erste Dichtungsfläche gespannt wird um die Ventilöffnung zu verschließen.
Druckmessstelle nach Anspruch 4, wobei der Schwimmer eine effektive Dichte aufweist, die kleiner als 0,75 g/Kubikzentimeter, insbesondere < 0,5 g/Kubikzentimeter ist.
Druckmessstelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, welche weiterhin einen Aktor und einen Messfühler aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, den Leitungsabschnitt auf die Anwesenheit eines flüssigen Mediums zu überwachen, wobei der Messfühler ein Steuersignal ausgibt, mit welchem der Aktor gesteuert wird, wobei die Ventilanordnung bei Anwesenheit eines flüssigen Mediums durch den Aktor geschlossen wird, und bei Abwesenheit eines flüssigen Mediums geöffnet wird.
Druckmessstelle nach Anspruch 6, wobei der Messfühler dazu eingerichtet ist, die Anwesenheit eines flüssigen Mediums anhand dessen elektrischer oder thermischer Leitfähigkeit, dessen Wärmekapazität, dessen dielektrischer Eigenschaften, oder dessen optischer Eigenschaften festzustellen.
Druckmessstelle nach einem der Ansprüche 2–7, wobei die Ventilanordnung einen elastischen Körper aufweist, welcher eine Rückstellkraft bereitstellt, die ausreichend ist, den Verschlusskörper von der Ventilöffnung fernzuhalten, wenn der Steuerkörper nicht mit einer Flüssigkeit beaufschlagt ist.
Druckmessstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckmessaufnehmer ein Absolutdruck- oder Relativdruckmessaufnehmer ist, wobei der Wirkdruckpfad eine Wirkdruckleitung umfasst, über welche der Druckmessaufnehmer an die Prozessinstallation angeschlossen ist, wobei die Ventilanordnung unmittelbar angrenzend an den Druckmessaufnehmer in dem Wirkdruckpfad angeordnet ist oder mit dieser kommuniziert.
Druckmessstelle nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Druckmessaufnehmer ein Differenzdruckmessaufnehmer ist, welcher über zwei Wirkdruckpfade, die jeweils eine Wirkdruckleitung aufweisen, an die Prozessinstallation angeschlossen ist, wobei mindestens einer der Wirkdruckpfade, vorzugsweise beide Wirkdruckpfade unmittelbar angrenzend an den Differenzdruckmessaufnehmer eine Ventilanordnung aufweisen bzw. mit dieser kommunizieren.