DE102023104568A1

DE102023104568A1 - Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem ein flüssiges Medium führenden Anlagenteil sowie Verfahren zur Entnahme einer solchen Probe

Info

Publication number: DE102023104568A1
Application number: DE102023104568.7A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bonk; Ralf Hoffmann; Markus Braun; Wenjin DING; Qing Gong
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2023-02-24
Filing date: 2023-02-24
Publication date: 2024-08-29
Also published as: WO2024175607A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Probenentnahmevorrichtung (1) zur Entnahme einer Probe aus einem in einer Anlage befindlichen flüssigen Medium mit einer Probenaufnahme (16), in die die entnommene Probe über eine Zuführvorrichtung einleitbar ist. Eine definierte, reproduzierte Probenentnahme aus einer Anlage wird dadurch erreicht, dass die Zuführvorrichtung eine Leitungsanordnung (4) aufweist, die eingangsseitig mit einer an ein Anlagenteil (2) der Anlage mediumeinleitend angekoppelten oder ankoppelbaren Anschlusseinheit (10) und ausgangsseitig mit einem mit der Probenaufnahme (16) mediumleitend in Verbindung gebrachten oder bringbaren Ausleitabschnitt versehen ist und eine öffenbare und schließbare Verschlussvorrichtung aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem in einer Anlage befindlichen flüssigen Medium mit einer Probenaufnahme, in die die entnommene Probe über eine Zuführvorrichtung einleitbar ist, sowie auf ein Verfahren zur Entnahme einer Probe aus einem in einem Anlagenteil befindlichen flüssigen Medium mittels einer Probenaufnahme, in die die Probe über eine Zuführvorrichtung eingeleitet wird und ferner auf eine Verwendung einer derartigen Probenaufnahmevorrichtung und eine Anwendung des Verfahrens.
Eine (ohne schriftlichen Beleg) angenommene Probenentnahmevorrichtung zur Entnahme einer Probe aus einem in einer Anlage geführten flüssigen Medium weist eine an einer geeigneten Stelle der Anlage ankoppelbare Zuführvorrichtung auf, der ausgangsseitig eine Aufnahme zugeordnet ist, um die aus dem flüssigen Medium entnommene Probe in einer bestimmten Menge aufzunehmen. Die wiederholte Entnahme einer Probe aus einem in einer Anlage geführten flüssigen Medium ist zweckmäßig, oft sogar geboten, um Änderungen der Eigenschaften des Mediums durch Analyse der Probe festzustellen. So können durch regelmäßige Entnahme und Analyse von aus dem flüssigen Medium entnommenen Proben im Betrieb der Anlage, wie z. B. einem chemischen Reaktor, thermischen Speicher oder einer sonstigen Speicheranlage, die z. B. geschmolzene anorganische Salze, Nitratsalze, Chloridsalze oder Karbonat-Salze bei Temperaturen von 150 °C bis 800 °C als Arbeitsmedium bzw. Wärmeträger verwenden, die Langzeitbeständigkeit des Salzes sowie von damit in Kontakt gebrachten Bauteilen überprüft und geeignete Maßnahmen getroffen werden. Bei solchen Anlagen ist die Entnahme einer Probe mit herkömmlichen Probenentnahmevorrichtungen der genannten Art umständlich, zeitaufwändig und durch die manuelle Probenentnahme potentiell gefährlich. Ein Verzicht auf Probenentnahme, wie z. B. aus salzgeführten Anlagen, kann indes dazu führen, dass Probleme mit Salzkorrosion, z. B. thermisch bedingte Zersetzungsreaktionen oder Korrosionsreaktionen, nicht rechtzeitig detektiert werden. Dies kann weiterhin dazu führen, dass Bauteile unbeobachtet korrodieren, dass das Salz sich zersetzt und dadurch unvorhergesehene Ausfälle der Anlage auftreten oder sogar gesundheitliche Gefahren die Folge sind.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Probenentnahmevorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit der eine automatisierte Entnahme von Proben aus dem laufenden Betrieb einer Anlage bzw. aus einem Anlagenteil derselben (wie Rohrleitung, Tank oder anderen Komponenten) sicher und reproduzierbar ermöglicht wird, und ein entsprechendes Verfahren sowie eine Anwendung anzugeben.
Diese Aufgabe wird für die Probenentnahmevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Eine Verwendung der Probenentnahmevorrichtung ist im Anspruch 17 und eine Anwendung des Verfahrens im Anspruch 18 angegeben.
Bei der Probenentnahmevorrichtung ist vorgesehen, dass die Zuführvorrichtung eine Leitungsanordnung aufweist, die eingangsseitig mit einer an ein Anlagenteil der Anlage mediumeinleitend angekoppelten oder ankoppelbaren Anschlusseinheit und ausgangsseitig mit einem mit der Probenaufnahme mediumleitend in Verbindung gebrachten oder bringbaren Ausleitabschnitt versehen ist und eine öffenbare und schließbare Verschlussvorrichtung aufweist.
Mittels der an das Anlagenteil mediumeinleitend angekoppelten Leitungsanordnung und der ausgangsseitig mediumleitend in Verbindung gebrachten Probenaufnahme sowie der öffenbaren und schließbaren Verschlussvorrichtung wird eine automatisierte Entnahme von Proben im laufenden Betrieb der Anlage ohne Gefährdung von Personen erreicht, sodass eine zweckmäßige wiederholte und dabei auch reproduzierbare Entnahme der Proben insbesondere auch bei höheren Temperaturen von z. B. zwischen 100 °C und 1600 °C, vorzugsweise zwischen 150 °C und 800 °C, wie bei in einer Anlage befindlichen geschmolzenen anorganischen Salzen als Arbeitsmedium bzw. Wärmeträger ermöglicht wird. Auch für andere flüssige, beispielsweise korrosive Medien kommt die so ausgebildete automatisierte Probenentnahme in Betracht. Dabei ist die Probenentnahme mittels einer Steuerungseinrichtung präzise durchführbar, steuerbar oder auch regelbar.
Entsprechende Vorteile ergeben sich auch bei dem Verfahren, bei welchem vorgesehen ist, dass an den Anlagenteil eine Leitungsanordnung der Zuführvorrichtung angeschlossen wird und eine definierte Menge des Mediums als Probe unter Öffnen des Strömungswegs durch die Leitungsanordnung in die Probenaufnahme geleitet wird und nach Erreichen der definierten Menge in der Probenaufnahme der Strömungsweg geschlossen wird.
Entsprechende Vorteile ergeben sich auch bei der Verwendung der Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 17 und der Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 18.
Zu einer präzisen Probenentnahme trägt bei, dass die Zuführvorrichtung in einem Eingangsbereich eine Druckminderungsvorrichtung aufweist.
Eine genau reproduzierbare, definierte Probenentnahme wird ferner dadurch begünstigt, dass die Druckminderungsvorrichtung eine mit einem relativ zur Anschlusseinheit reduzierten Querschnitt versehene Rohrleitung oder ein mit einem verengenden Teil zur Eingangsseite hin gerichtetes Düsenteil aufweist.
Eine exakte Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit und damit auch Reproduzierbarkeit der Probenentnahme wird vorteilhaft dadurch zusätzlich begünstigt, dass die Druckminderungsvorrichtung eine dem gegebenenfalls vorhandenen Düsenteil nachgeordnete Druckausgleichseinrichtung bzw. Durchflussbegrenzungseinrichtung, insbesondere ausgebildet als passives fluidisches Ventil, beispielsweise Tesla-Ventil, aufweist.
Weitere Vorteile für eine dosierte Probenentnahme ergeben sich dadurch, dass die Zuführvorrichtung einen Laminarisierungsabschnitt aufweist, insbesondere ausgebildet als Dosierlanze, wobei der Laminarisierungsabschnitt bei Ausbildung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 der Druckminderungsvorrichtung in Strömungsrichtung nachgeordnet ist.
Ferner ergeben sich Vorteile für die Steuerung bzw. Regelung der Probenentnahme dadurch, dass die Verschlussvorrichtung in Abhängigkeit von der zu entnehmenden Probengröße und/oder der zeitlichen Abfolge der Probenentnahme automatisch und/oder zeitabhängig steuerbar ist.
Eine zuverlässige Funktion der Verschlussvorrichtung und ein Bauteile schonender Aufbau werden dadurch erhalten, dass die, insbesondere im Ausgangsbereich der Zuführvorrichtung angeordnete, Verschlussvorrichtung eine Temperiervorrichtung aufweist, die zum Schließen eine einen Verschlusspfropfen durch Einfrieren des Mediums bildende Einfriereinrichtung und zum Öffnen eine den Verschlusspfropfen auflösende Anwärmeinrichtung aufweist.
Ein für die Funktion vorteilhafter Aufbau besteht dabei darin, dass die Einfriereinrichtung einen Kühlluftstrom um einen Leitungsabschnitt der Leitungsanordnung, insbesondere um den Laminarisierungsabschnitt, erzeugenden Ventilator aufweist.
Weitere Vorteile für den Aufbau werden dadurch erhalten, dass die Anwärmeinrichtung eine aktiv mit Energie beaufschlagte Begleitheizung aufweist und/oder passiv unter Nutzung der Wärme des zugeführten Mediums betrieben ist.
Zu einer guten Funktion und Effizienz der Temperiervorrichtung tragen die Maßnahmen bei, dass die Temperiervorrichtung eine mit der Leitungsanordnung wärmeleitend verbundene, insbesondere mit Kühlrippen versehene, Wärmeleiteinheit aufweist.
Eine präzise Steuerbarkeit bzw. Regelbarkeit der Probenentnahme wird auch dadurch vorteilhaft unterstützt, dass die Zuführvorrichtung eine der Leitungsanordnung zugeordnete Druckdifferenzregulierungseinrichtung aufweist, die eine in einer Bypassleitung angeordnete Druckreguliereinheit umfasst, die insbesondere über den Bereich der Temperiervorrichtung eine Druckdifferenzregelung bewirkt.
Ein vorteilhafter Aufbau der Probenentnahmevorrichtung besteht ferner darin, dass die Zuführvorrichtung ausgangsseitig mit einer einen Probenentnahmeteil und einen Abfallentnahmeteil aufweisenden Verstellvorrichtung versehen ist, die einen an einer Trageeinheit gelagerten Verstellteil umfasst, wobei die Probenaufnahme dem Probenentnahmeteil und eine Abfallaufnahme dem Abfallentnahmeteil zugeordnet sind. Das Verstellteil wird vorzugsweise mit einem Befestigungsteil an dem Anlagenteil gehalten.
Eine für den Aufbau und die Funktion vorteilhafte Ausgestaltung besteht ferner darin, dass die Verstellvorrichtung als Lineartisch oder Drehtisch ausgestaltet ist, der des Weiteren einen Führungsteil und eine Antriebseinheit umfasst zum Verstellen des Verstellteils von einer Ruheposition, bei der der Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung verschlossen wird, in eine Abfallentnahmeposition, in der der Abfallentnahmeteil dem Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung zugeordnet ist bzw. in eine Probenentnahmeposition, in der der Probenentnahmeteil dem Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung zugeordnet ist, und zurück.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bestehen darin, dass der Strömungsweg durch Einfrieren des Mediums in einem Abschnitt der Leitungsanordnung zu einem Verschlusspfropfen geschlossen wird und dass der Strömungsweg durch Auflösen des Verschlusspfropfens mittels Wärme geöffnet wird, und ferner darin, dass vor Entnahme der Probe eine zumindest in der Leitungsanordnung befindliche Abfallmenge des Mediums unter Öffnen des Strömungswegs und anschließendem Schließen in eine Abfallaufnahme geleitet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer an einem Anlagenteil einer Anlage angeschlossenen Probenentnahmevorrichtung,
2 eine mit einer Druckdifferenzregulierungseinrichtung ergänzte Probenentnahmevorrichtung gemäß 1,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Probenentnahmevorrichtung in perspektivischer Ansicht,
4 einen teilweise aufgeschnittenen Ausschnitt der Probenentnahmevorrichtung nach 3 in dessen Anschlussbereich am Anlagenteil und
5 einen weiteren Ausschnitt der Probenentnahmevorrichtung nach 3 in dessen Aufnahmebereich für die Probe.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Probenentnahmevorrichtung 1, die an einem Anlagenteil 2 einer (nicht näher gezeigten) Anlage mittels einer Anschlusseinheit 10 angekoppelt ist. Die Anlage mit dem Anlagenteil 2 führt ein flüssiges Medium, das in der Regel korrosiv auf mit ihm in Kontakt kommende Bauteile der Anlage wirkt. Beispielsweise handelt es sich bei der Anlage um einen chemischen Reaktor oder thermischen oder sonstigen Speicher, der z. B. geschmolzenes anorganisches Salz, wie Nitratsalz, Chloridsalz oder Karbonat-Salz bei einer höheren Temperatur im Bereich zwischen 100 °C und 1600 °C, oft zwischen 150 °C bis 800 °C, als Arbeitsmedium bzw. Wärmeträger verwendet. Das flüssige Medium steht dabei in der Regel unter erhöhtem Druck, z. B. in der Größenordnung von einigen Bar oder einigen zehn Bar.
Die Probenentnahmevorrichtung 1 weist eine die Anschlusseinheit 10 und eine daran anschließende Leitungsanordnung 4 umfassende Zuführvorrichtung auf, über die eine aus dem in der Anlage geführten flüssigen Medium entnommene Probe in eine Probenaufnahme 16 geleitet wird. Die Leitungsanordnung 4 weist im Anschluss an die Anschlusseinheit 10 eine in ihrem Querschnitt gegenüber dem Einlassabschnitt der Anschlusseinheit 10 reduzierte Rohrleitung 11 auf, die über eine Druckausgleichseinrichtung 12 bzw. einen Durchflussbegrenzer, die/der z. B. als Tesla-Ventil ausgebildet ist, über einen weiteren Abschnitt der Leitungsanordnung 4, in dem eine Verschlussvorrichtung angeordnet ist, zu der Probenaufnahme 16 führt. Die Probenaufnahme 16 kann bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Wechsel mit einer Abfallaufnahme 15, wie z. B. einem Abfallbehälter, einem mit einem Auslass versehenen Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung 4 zugeordnet werden. Eine vorgebbare bzw. vorgegebene Menge des aus der Anlage entnommenen flüssigen Mediums kann automatisch durch entsprechende zeitabhängige und/oder mengenabhängige Ansteuerung einer die Probenentnahmevorrichtung 1, insbesondere die Verschlussvorrichtung, steuernden Steuereinrichtung zum Erhalten einer definierten Probe, beispielsweise auch unter Regelung mittels einer Regeleinrichtung eingestellt werden. Dadurch ergibt sich eine reproduzierbare Probenentnahme z. B. in vorgebbaren Zeitabständen oder ereignisabhängig ohne Gefährdung einer Bedienperson und/oder bedienungsabhängigen Fehlereinflüssen.
Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verschlussvorrichtung in besonderer Weise mittels einer Temperiervorrichtung 13 ausgebildet. Dabei wird zum Verschließen der Leitungsanordnung 4, insbesondere in deren Ausgangsbereich, ein Teil des entnommenen flüssigen Mediums selbst als Verschlusselement genutzt, indem dieses mittels der Temperiervorrichtung 13 in einem Abschnitt der Leitungsanordnung 4 bis unter seine Erstarrungstemperatur abgekühlt wird, sodass sich durch Einfrieren ein Verschlusspfropfen bildet. Dazu weist die Temperiervorrichtung 13 eine Kühlvorrichtung, beispielsweise umfassend einen Ventilator 132, auf, mittels dessen ein kühlender Luftstrom um den das flüssige Medium führenden betreffenden Leitungsabschnitt erzeugt wird. Zur Wärmeabfuhr ist der Leitungsabschnitt zweckmäßig mit einer z. B. Kühlrippen aufweisenden Wärmeleiteinheit 131 versehen. Durch den Verschlusspfropfen werden andere Verschlusskomponenten eingespart und Korrosionsreaktionen und dadurch bedingte Funktionsbeeinträchtigungen vermieden. Um das für die Probenentnahme durchzuleitende flüssige Medium in die Probenaufnahme 16 zu führen, kann der Ventilator 132 abgeschaltet und die Wärme des zugeführten flüssigen Mediums selbst als passive Wärmequelle genutzt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Temperiervorrichtung 13 mit einer Heizvorrichtung 130 als Begleitheizung versehen, die z. B. als elektrische Heizvorrichtung ausgebildet ist, und deren Wärme z. B. bei eingeschaltetem Ventilator 132 über die Wärmeleiteinheit 131 dem Leitungsabschnitt mit dem Verschlusspfropfen zugeführt wird, der sich dadurch auflöst bzw. schmilzt, sodass das flüssige Medium reguliert in die Probenaufnahme 16 gelangt. Die durch die Leitungsanordnung 4, insbesondere auch den betreffenden Abschnitt derselben, geführte Menge des flüssigen Mediums sowie die Kühlleistung der Temperiervorrichtung 13 und die Aufwärmenergie sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass eine relevante Menge des flüssigen Mediums als Probe in die Probenaufnahme 16 unter Steuerung bzw. Regelung der so ausgebildeten Verschlussvorrichtung mittels der Steuereinrichtung gelangt.
Wie 1 weiter zeigt und vorstehend angesprochen, weist die Probenentnahmevorrichtung 1 auch die Abfallaufnahme 15 auf, die mittels der Verstellvorrichtung 3 anstelle der Probenaufnahme 16 dem Auslass der Leitungsanordnung 4 in einer Abfallentnahmefunktion zugeordnet werden kann. Damit kann vor einer Probenentnahme zumindest ein in der Leitungsanordnung 4 befindlicher, für die Probe bzw. deren Analyse nicht aussagekräftiger Anteil des Mediums abgesondert werden. Auch hierzu kann die Verschlussvorrichtung, beispielsweise also die Temperiervorrichtung 13, so unter Wärmezufuhr gesteuert werden, dass die Leitungsanordnung 4 zum Abführen der Abfallmenge des flüssigen Mediums in die Abfallaufnahme 15 durch Auflösen des Verschlusspfropfens geöffnet wird. Anschließend kann dann die Probenaufnahme 16 wieder dem Auslass der Leitungsanordnung 4 zugeordnet werden, um eine relevante (aktuelle) Menge des flüssigen Mediums aus der Anlage als Probe zu entnehmen. Zum Verstellen der Abfallaufnahme 15 aus der Abfallentnahmeposition und der Probenaufnahme 16 in die Probenentnahmeposition kann die Leitungsanordnung 4 unter Betätigung der Verschlussvorrichtung, beispielsweise also durch Bildung des Verschlusspfropfens, geschlossen werden.
Die in 1 gezeigte Probenentnahmevorrichtung 1 arbeitet folglich beispielsweise wie folgt: Vor der Probenentnahme sind alle ansteuerbaren Komponenten, insbesondere auch der Verschlussvorrichtung bzw. Temperiervorrichtung 13, abgeschaltet. Die Wärmeleiteinheit 131, insbesondere also die Kühlrippen, sind so dimensioniert, dass die freie Konvektion ausreicht, um die von dem heißen Anlagenteil 2 kommende Wärme abzuführen und in dem Bereich der Leitungsanordnung 4 mit der Wärmeleiteinheit 131 einen erstarrten Verschlusspfropfen bzw. Salzpfropfen zu halten. Die Abfallaufnahme 15 mit dem Abfallbehälter ist dem Ausleitabschnitt zugeordnet bzw. unter dem Auslass angeordnet.
Für den Spülvorgang mit der Abfallentnahmefunktion werden sowohl der Ventilator 132 als auch die Heizquelle der Heizvorrichtung 130 ausgeschaltet. Die Heizvorrichtung 130 ist so dimensioniert, dass sie trotz der zusätzlichen Kühlwirkung durch den Ventilator 132 den Verschlusspfropfen in dem betreffenden Abschnitt der Leitungsanordnung 4 schnell aufschmelzen kann. Ist der Verschlusspfropfen aufgeschmolzen, fließt das Medium bzw. flüssige Salz in die Abfallaufnahme mit dem Abfallbehälter. Der Mediumfluss bzw. Salzfluss wird durch die Druckausgleichseinrichtung 12 bzw. den Durchflussbegrenzer, insbesondere in Ausbildung des Tesla-Ventils, reguliert.
Zur Probenentnahme kann nun die Heizvorrichtung 130 kurz abgeschaltet werden, wodurch die Temperatur in dem betreffenden Abschnitt der Leitungsanordnung 4 aufgrund der starken Kühlwirkung durch den Ventilator 132 extrem sinkt und sich wieder ein Verschlusspfropfen bildet. Der Mediumfluss ist nun kurz unterbrochen. Die Probenaufnahme 16 mit einem Probenbehälter wird nun dem Ausleitabschnitt zugeordnet bzw. unter den Auslass desselben bewegt. Die Heizvorrichtung 130 mit der Heizquelle wird nun wieder angeschaltet und der Verschlusspfropfen schmilzt erneut. Das Medium fließt reguliert durch die Druckausgleichseinrichtung 12 bzw. den Durchflussbegrenzer, insbesondere das Tesla-Ventil, nun in die Probenaufnahme 16. Auf eine Unterbrechung des Mediumflusses kann auch verzichtet werden.
Nach der Probenentnahme wird zuerst die Heizvorrichtung 130 abgeschaltet. Der Ventilator 132 bleibt zunächst eingeschaltet, um die Temperatur in dem betreffenden Abschnitt der Leitungsanordnung 4 möglichst schnell zu senken. Es bildet sich wieder ein Verschlusspfropfen. Nun wird auch der Ventilator 132 abgeschaltet.
Auf diese Weise kann als flüssiges Medium beispielsweise flüssige Salzschmelze vorteilhaft aus einer betreffenden Anlage definiert und reproduzierbar entnommen werden, wie z. B. aus einem thermischen Energiespeicher im Bereich solarthermischer Kraftwerke oder aus salzgeführten Reaktoren, wie endo- oder exothermen Reaktoren.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist gegenüber der Ausgestaltung nach 1 zusätzlich eine Druckdifferenzregulierungseinrichtung 17 vorhanden, die einen Bypass zu der Leitungsanordnung 4 mit einer Druckreguliereinheit 170 aufweist. Dabei ist der Bypass eingangsseitig in den Ausgangsbereich der Leitungsanordnung 4 und dem Bereich der dort angeordneten Abfallaufnahme 15 bzw. Probenaufnahme 16 angeschlossen und in einen Bereich in Strömungsrichtung vor der Temperiervorrichtung 13 bzw. der Druckausgleichseinrichtung 12, z. B. an die Rohrleitung 11, zurückgeführt, wie aus 2 ersichtlich. Die Druckdifferenzregulierungseinrichtung 17 reguliert somit die Druckdifferenz zwischen dem Anlageninnendruck und einer Probenkammer in dem die Probe aus der Leitungsanordnung 4 entnommen wird, wobei die Druckdifferenzregelung selbstregulierende Komponenten aufweist. Die im Bypass angeordnete Druckreguliereinheit 170 basiert beispielsweise auf der Bildung eines Gaspolsters bzw. auf der Verwendung einer flexiblen Membran. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird bei einem Anlagendruck von z. B. 20 bar ein Ausgangsdruck von 1 bar im Bereich der Probenkammer bewirkt. Dadurch lässt sich eine reproduzierbare Probe definiert und auf einfache Weise entnehmen.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Probenentnahmevorrichtung 1 ebenfalls mittels einer Flanschverbindung an einem Anlagenteil 2 angeschlossen und eine Zuführvorrichtung mit einer Leitungsanordnung 4 vorhanden, an deren Ausleitabschnitt bzw. Auslass eine Probenaufnahme 16 im Wechsel mit einer Abfallaufnahme 15 anordenbar ist. Die Verstellung zwischen der Probenaufnahme 16 in die Probenentnahmeposition und der Abfallaufnahme 15 in die Abfallentnahmeposition erfolgt ebenfalls mittels einer Verstellvorrichtung 3, wobei die Verstellvorrichtung 3 bei diesem Ausführungsbeispiel als Lineartisch ausgestaltet ist. In der Leitungsanordnung 4 ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine Verschlussvorrichtung vorhanden, die eine Temperiervorrichtung 13, insbesondere des vorstehend beschriebenen Aufbaus, zum definierten Zuführen flüssigen Mediums als Probe aufweist. Vor Entnahme der Probe wird auch hierbei in einem Spülvorgang zumindest eine in der Leitungsanordnung 4 vorhandene Abfallmenge in die Abfallaufnahme 15 abgeführt. In der Leitungsanordnung ist, vorliegend im Anschluss an eine Druckausgleichseinrichtung 12, insbesondere ein Tesla-Ventil, eine Dosierlanze eingebaut, mittels deren ein Laminarisierungsabschnitt 14 für das durchgeleitete flüssige Medium gebildet und eine Verbindung zu einem in der Verstellvorrichtung 3 bzw. einem Verstellteil vorhandenen Steuerschlitten geschaffen wird, wobei der Laminarisierungsabschnitt 14 durch den Steuerschlitten verschlossen wird oder in der Abfallentnahmeposition bzw. der Probenentnahmeposition öffnet. Zusätzlich zu dem geschaffenen mechanischen Verschluss kann beispielsweise bei einer Öffnungsweite von 1 mm bis 3 mm das flüssige Medium, z. B. ein Salzfluss, zur Bildung eines Verschlusspfropfens effizient gekühlt und zur Auflösung angewärmt werden.
Wie 4 zeigt, ist im Eingangsbereich der Leitungsanordnung 4 ein Düsenabschnitt ausgebildet, der sich zum Eingangsbereich bzw. zum Anlagenteil 2 hin stetig, z. B. konisch, verengt und eine aktive Druckminderung des aus dem Anlagenteil 2 kommenden flüssigen Mediums durch Vergrößerung des Rohrquerschnitts bei gleichbleibender Flussrate bewirkt. Die anschließende Druckausgleichseinrichtung 12, beispielsweise das Tesla-Ventil, dient dann zur weiteren Druckminderung bzw. zum Ausgleich von Gas- bzw. Mediumdrücken.
Wie 5 zeigt, weist die als Lineartisch ausgebildete Verstellvorrichtung 3 einen Führungsteil 30 sowie eine Antriebseinheit 31 auf, die z. B. mittels eines Zahnrads in eine Zahnstange zum Verstellen des Verstellteils der Verstellvorrichtung 3 eingreift.
Der Verstellteil weist einen Probenentnahmeteil 32 mit der Probenaufnahme 16 und einen Abfallentnahmeteil 36 auf, der mit der Abfallaufnahme 15 gekoppelt ist und ein zu dem Abfallentnahmeteil 36 führendes Freistrahlstück 33 aufweist, über das eine Abfallmenge des entnommenen Mediums in die Abfallaufnahme 15 geleitet werden kann. Ferner kann der Lineartisch mit einem Verschlussteil 34 zum Verschließen des Ausgangs der Leitungsanordnung 4 in einer Ruheposition und zudem mit einem Gefrierteil 35 versehen sein, um einen Verschlusspfropfen durch Einfrieren des flüssigen Mediums im Ausgangsbereich der Leitungsanordnung 4 zu bilden. Ferner kann in den Lineartisch eine Heizvorrichtung als Begleitheizung zum Auflösen des Verschlusspfropfens für die Entnahme des flüssigen Mediums integriert sein.
Die Druckausgleichseinrichtung 12, insbesondere das Tesla-Ventil und der Düsenteil 110, sind dauerhaft beheizt, beispielsweise passiv durch die Wärme des flüssigen Mediums bzw. Salzkreislaufs und/oder aktiv begleitbeheizt, um Pfropfenbildung zu vermeiden. Der Laminarisierungsabschnitt 14 bzw. die Dosierlanze ist unbeheizt und wird in Neutralposition (wenn das Gefrierteil 35 darunter liegt) durch das Gefrierteil 35 von einer Seite passiv gekühlt, sodass sich ein Verschlusspfropfen in dem Laminarisierungsabschnitt bzw. der Dosierlanze bildet, welcher den Mediumfluss aus dem Gefrierteil 35 bzw. Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung 4 verhindert, wenn keine Mediumprobe entnommen wird.
Bei der Probenentnahme wird die Heizvorrichtung des Lineartischs im Bereich des Freistrahlstücks 33 (Zone 1), des Probenentnahmeteils 32 (Zone 2) und des Verschlussteils 34 (Zone 3) angeschaltet und z. B. auf ca. 300 °C beheizt. Dabei erwärmt sich der betreffende Leitungsabschnitt, insbesondere der Laminarisierungsabschnitt 14 bzw. die Dosierlanze, und der Verschlusspfropfen, beispielsweise Salzpfropfen, löst sich durch Aufschmelzen auf. Der Verstellteil des Lineartischs bewegt sich von der Zone 3 (Verschlussteil) auf die Position der Zone 1 (Freistrahlstück) und flüssiges Medium fließt in die Abfall-aufnahme 15 bzw. den Abfallbehälter. Nach dem Spülen der Probenentnahmevorrichtung, das z. B. in Abhängigkeit der Gewichtszunahme der Abfallaufnahme bzw. des Abfallbehälters festgestellt werden kann, wird der Lineartisch in die Position der Zone 2 (Probenentnahmeteil) gestellt. Die Probenaufnahme bzw. ein Probenbehälter wird mit einer relevanten Menge flüssigen Mediums bzw. Salzes befüllt. Nach Befüllen der Probenaufnahme wird der Lineartisch auf die Position des Gefrierteils (Zone 4) gestellt. Gleichzeitig zu der Verstellung wird die Beheizung des Laminarisierungsabschnitts 14 bzw. der Dosierlanze durch die Heizvorrichtung bzw. Begleitheizung abgestellt. Es bildet sich ein Verschlusspfropfen in dem Laminarisierungsabschnitt 14.
Mit entsprechender Funktion und analogen Komponenten wie der Lineartisch kann auch eine Ausgestaltung der Probenentnahmevorrichtung 1 mit Drehtisch aufgebaut werden.
Die Probenentnahmevorrichtung 1 kann Anwendung finden in jeder strömungstechnischen Anlage, die mit flüssigen, korrosiven Medien arbeitet, insbesondere bei Temperaturen über 100 °C, vorzugsweise über 150 °C. Die Entnahme von Proben zur späteren Analyse kann aus dem laufenden Betrieb automatisch erfolgen, wobei keine Änderung von Betriebsparametern erforderlich ist, wie es für eine Proben nehmende Person nötig sein kann, um sie nicht zu gefährden. Die Probenentnahme wird bzw. kann automatisiert durchgeführt werden, wobei eine zweckmäßige Steuerung über Regeltechnik möglich ist. Die Probenentnahme kann wahlweise an vordefinierten Zeitpunkten z. B. in konstanten Intervallen oder ereignisabhängig erfolgen, auch an Wochenenden oder nachts. Die Probenentnahme erfolgt reproduzierbar in immer gleicher Weise. Infolge der intrinsischen Druckregelung kann eine Probe ohne Gefährdung von Personen auch aus druckbeaufschlagten Stellen erfolgen.
Die Anpassung der Probenentnahmevorrichtung kann entsprechend der Anlage bzw. dem Anlagenteil 2 (wie druckbeaufschlagtes Rohr, Behälter, Ventil oder dergleichen) einfach vorgenommen werden. Druckschwankungen in Anlagenteilen werden durch die Probenentnahmevorrichtung mit einfachen Komponenten ausgeglichen, wobei auch eine entsprechende Druckminderung bzw. Druckdifferenzregulierung bei Probenentnahme zwischen dem Anlageninnendruck und der Probenkammer erfolgt.
Die Probenentnahme erfolgt aus einem repräsentativen, relevanten mediumführenden Bereich der Anlage, sodass eine Entnahme aus Totraumvolumina bzw. nichtrepräsentativen Randbereichen vermieden wird. Dabei erfolgt die Entnahme vorteilhaft z. B. aus einem kontinuierlich fließenden Freistrahl und insbesondere nach Spülen der Probenentnahmevorrichtung mit Anlagenfluid, wobei der Mediumfluss bzw. Salzfluss gesteuert unterbrochen werden kann.
Durch die Ausbildung der Verschlussvorrichtung mittels der Temperiervorrichtung 13 unter Einfrieren des entnommenen Mediums werden Leckagen und ein ungewollter Salzaustritt vermieden, wobei ein Salzkriechen in Dichtungen und sonstige Spalte nach der Probenentnahme unterbunden wird.

Claims

Probenentnahmevorrichtung (1) zur Entnahme einer Probe aus einem in einer Anlage befindlichen flüssigen Medium mit einer Probenaufnahme (16), in die die entnommene Probe über eine Zuführvorrichtung einleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung eine Leitungsanordnung (4) aufweist, die eingangsseitig mit einer an ein Anlagenteil (2) der Anlage mediumeinleitend angekoppelten oder ankoppelbaren Anschlusseinheit (10) und ausgangsseitig mit einem mit der Probenaufnahme (16) mediumleitend in Verbindung gebrachten oder bringbaren Ausleitabschnitt versehen ist und eine öffenbare und schließbare Verschlussvorrichtung aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung in einem Eingangsbereich eine Druckminderungsvorrichtung aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungsvorrichtung eine mit einem relativ zur Anschlusseinheit (10) reduzierten Querschnitt versehene Rohrleitung (11) oder ein mit einem verengenden Teil zur Eingangsseite hin gerichtetes Düsenteil (110) aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckminderungsvorrichtung eine dem gegebenenfalls vorhandenen Düsenteil (11) nachgeordnete Druckausgleichseinrichtung (12), insbesondere ausgebildet als passives fluidisches Ventil, beispielsweise Tesla-Ventil, aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung einen Laminarisierungsabschnitt (14) aufweist, insbesondere ausgebildet als Dosierlanze, wobei der Laminarisierungsabschnitt (14) bei Ausbildung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 der Druckminderungsvorrichtung in Strömungsrichtung nachgeordnet ist.
Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung in Abhängigkeit von der zu entnehmenden Probengröße und/oder der zeitlichen Abfolge der Probenentnahme automatisch ereignisabhängig und/oder zeitabhängig steuerbar ist.
Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die, insbesondere im Ausgangsbereich der Zuführvorrichtung angeordnete, Verschlussvorrichtung eine Temperiervorrichtung (13) aufweist, die zum Schließen eine einen Verschlusspfropfen durch Einfrieren des Mediums bildende Einfriereinrichtung und zum Öffnen eine den Verschlusspfropfen auflösende Anwärmeinrichtung aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfriereinrichtung einen Kühlluftstrom um einen Leitungsabschnitt der Leitungsanordnung (4), insbesondere um den Laminarisierungsabschnitt (14), erzeugenden Ventilator (132) aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwärmeinrichtung eine aktiv mit Energie beaufschlagte Begleitheizung aufweist und/oder passiv unter Nutzung der Wärme des zugeführten Mediums betrieben ist.
Probenentnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiervorrichtung (13) eine mit der Leitungsanordnung (4) wärmeleitend verbundene, insbesondere mit Kühlrippen (5) versehene, Wärmeleiteinheit (131) aufweist.
Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung eine der Leitungsanordnung (4) zugeordnete Druckdifferenzregulierungseinrichtung (17) aufweist, die eine in einer Bypassleitung (171) angeordnete Druckreguliereinheit (170) umfasst.
Probenentnahmevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführvorrichtung ausgangsseitig mit einer einen Probenentnahmeteil (32) und einen Abfallentnahmeteil (36) aufweisenden Verstellvorrichtung (3) versehen ist, die einen an einer Trageeinheit gelagerten Verstellteil umfasst, wobei die Probenaufnahme (16) dem Probenentnahmeteil (32) und eine Abfallaufnahme (15) dem Abfallentnahmeteil (36) zugeordnet sind.
Probenentnahmevorrichtung nach Anspruch 12. dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (3) als Lineartisch oder Drehtisch ausgestaltet ist, der des Weiteren einen Führungsteil (30) und eine Antriebseinheit (31) umfasst zum Verstellen des Verstellteils von einer Ruheposition, bei der der Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung verschlossen wird, in eine Abfallentnahmeposition, in der der Abfallentnahmeteil (36) dem Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung (4) zugeordnet ist, bzw. in eine Probenentnahmeposition, in der der Probenentnahmeteil (32) dem Ausleitabschnitt der Leitungsanordnung (4) zugeordnet ist, und zurück.
Verfahren zur Entnahme einer Probe aus einem in einem Anlagenteil (2) befindlichen flüssigen Medium mittels einer Probenaufnahme (16), in die die Probe über eine Zuführvorrichtung eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anlagenteil (2) eine Leitungsanordnung (4) der Zuführvorrichtung angeschlossen wird und eine definierte Menge des Mediums als Probe unter Öffnen des Strömungswegs durch die Leitungsanordnung (4) in die Probenaufnahme (16) geleitet wird und nach Erreichen der definierten Menge in der Probenaufnahme (16) der Strömungsweg geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg durch Einfrieren des Mediums in einem Abschnitt der Leitungsanordnung (4) zu einem Verschlusspfropfen geschlossen wird und dass der Strömungsweg durch Auflösen des Verschlusspfropfens mittels Wärme geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor Entnahme der Probe eine zumindest in der Leitungsanordnung (4) befindliche Abfallmenge des Mediums unter Öffnen des Strömungswegs und anschließendem Schließen in eine Abfallaufnahme (15) geleitet wird.
Verwendung der Probenaufnahmevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Entnahme einer Probe aus einem chemischen Reaktor oder einem Speicher, wie thermischem Speicher, wobei das flüssige Medium ein korrosives, insbesondere salzhaltiges Fluid bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, insbesondere im Bereich zwischen 100 °C und 1600 °C, ist.
Anwendung des Verfahrens zur Entnahme einer Probe aus einem in einem Anlagenteil (2) einer Anlage befindlichen flüssigen Medium nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Anlage ein chemischer Reaktor oder ein Speicher, wie thermischer Speicher, ist und das flüssige Medium ein korrosives, insbesondere salzhaltiges Fluid, insbesondere bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, insbesondere im Bereich zwischen 100 °C und 1600 °C, ist.