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Die Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Detektieren von flüssigem Wärmeträger in einem Gasgemisch, mit
einem Sammelraum, der eine Eintrittsöffnung aufweist, durch die
hindurch der flüssige
Wärmeträger in den
Sammelraum eintritt, und in dem wenigstens eine erste Meßeinrichtung zum
Messen wenigstens einer physikalischen, für das Vorhandensein des Wärmeträgers signifikanten Größe angeordnet
ist, wobei die erste Meßeinrichtung
an eine außerhalb
des Sammelraums angeordnete Auswerteeinheit anschließbar ist.
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Vorrichtungen zum Detektieren flüssiger Stoffe
sind von vielen technischen Anwendungen her bekannt. Die Anwesenheit
der zu detektierenden Flüssigkeit
wird dabei durch Messen entsprechender signifikanter physikalischer
Größen detetiert.
Soll beispielsweise die elektrische Leitfähigkeit gemessen werden, so
wird im allgemeinen eine Elektrode in einen Hohlraum geführt, beispielsweise
in einen Behälter
oder eine Leitung, in dem bzw. in der sich die zu detektierende
Flüssigkeit
befindet. Die Elektroden sind meist so ausgeführt, daß sie in die zu detektierende
Flüssigkeit
direkt hineinragen. Es ist auch bekannt, für die Messung Hilfsarmaturen
zu benutzen. Ist beispielsweise die Flüssigkeit aggressiv oder herrschen
hohe Drücke
oder Temperaturen, so wird die Elektrode über Schleusenarmaturen in den
Hohlraum eingeführt.
Beispiele hierfür
sind in
DE 197 20 504 ,
DE 41 40 286 ,
DE 42 07 845 oder
DE 1 136 818 beschrieben. Mit solchen
Schleusenarmaturen ist es auch möglich,
die Elektrode auszutauschen, ohne daß der Hohlraum in Kontakt mit
der Umgebung kommt. Diese Vorrichtungen sind daher auch dort sinnvoll,
wo die Elektrode häufig
aus- und eingebaut werden soll. All diese vorbekannten Vorrichtungen haben
bewegliche Teile und sind daher äußerst empfindlich
gegen Verschmutzungen.
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Eine einfachere Konstruktion ist
z. B. aus der
DE 196 23 683 bekannt.
Sie weist eine Referenzelektrodenanordnung auf und ist für unkritische
Stoffe geeignet, oder wenn ein Austausch der Elektrode nur in größeren Zeitabständen erfolgen
soll.
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Ein grundsätzlicher Nachteil dieser bekannten
Konstruktionen ist, daß ihr
Sensor in eine große Menge
der zu detektierenden Flüssigkeit
eingetaucht sein muß.
Diese großen
Mengen stehen jedoch nicht bei allen Anwendungen zur Verfügung.
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So ist beispielsweise bei dem Detektieren von
Leckagen, z. B. in Rohrbündelreaktoren,
die im Gasgemisch vorhandene Menge an Flüssigkeit bzw. flüssigem Wärmeträger sehr
gering, da lediglich durch eine Leckage Wärmeträger in das Gasgemisch eintritt.
Solche Leckagen sind zwar im allgemeinen selten, jedoch können die
Auswirkungen erheblich sein, wenn die Leckagen auftreten.
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Bei Leckagen während des Betriebs handelt es
sich überwiegend
um geringe Mengen von Wärmeträgertropfen,
die vom Gasstrom sofort mitgerissen werden und in den meisten Fällen kein
Problem für
die Anlagensicherheit darstellen.
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Problematisch ist es jedoch, wenn
der Reaktor abgeschaltet ist, z. B. für Wartungsarbeiten, und danach
wieder angefahren wird. Im abgeschalteten Reaktor können mit
der Zeit größere Wärmeträgermengen
in die an den Reaktor angeschlossenen Rohrleitungen fließen und
sich dort sowie in weiteren Anlagenkomponenten ansammeln, woraus
erhebliche Schäden
und Stillstandszeiten und Produktionsausfälle resultieren können. Insbesondere
beim Wiederanfahren des Reaktors kann es aufgrund von Wechselwirkung
mit dem Einsatzstoff oder Produkt zu Bränden oder sogar Explosionen
kommen, die zu großen
Schäden
an Personen, Umwelt und Sachen führen.
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Es besteht daher ein großes Interesse
an einer Vorrichtung zum frühzeitigen
Detektieren von Wärmeträgerleckagen,
um die gesamte Anlage vor weiteren Schäden zu schützen.
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Eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art wurde zum Detektieren von Leckagen bei der Verwendung von flüssigem Salz
als Wärmeträger bereits vorgeschlagen.
Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine elektrisch leitfähige Elektrode
zentral in ein Rohr mit Flansch geschraubt und der Flansch dann
an der Sohle einer Gas-Austrittsrohrleitung des Rohrbündelreaktors
befestigt. Das Ende der Elektrode ist bei dieser vorbekannten Konstruktion
bündig
mit der Sohle der Gas-Austrittsrohrleitung.
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Allerdings treten bei dieser bekannten
Vorrichtung immer wieder Störungen
auf. So wird insbesondere beim Anfahren des Reaktorsystems des öfteren fälschlicherweise
das Vorhandensein von Salzleckage detektiert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so zu verbessern, daß insbesondere
bei einem Rohrbündelreaktor
bei allen Betriebsbedingungen ein sicheres Detektieren geringer
Mengen an flüssigem
Wärmeträger unter
Vermeidung von Fehldetektionen gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch
eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Sammelraums auf eine Temperatur,
die über
der höchsten Kondensationstemperatur
der Gasgemischkomponenten und über
dem Schmelzpunkt des flüssigen Wärmeträgers liegt.
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Die Aufgabe wird auch durch einen
Rohrbündelreaktor
nach Anspruch 28 gelöst.
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In den Unteransprüchen werden vorteilhafte Ausgestaltungen
angegeben.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird
die Anzahl der fälschlichen
Detektierungen von flüssigem
Wärmeträger erheblich
reduziert und somit die Betriebssicherheit deutlich erhöht. Dadurch,
daß eine
Heizeinrichtung vorgesehen ist, die den Sammelraum, in dem sich
der flüssige
Wärmeträger sammelt
und in den auch Teile des Gasgemisches eindringen können, auf
eine Temperatur beheizt, die ein Kondensieren der Komponenten des
Gasgemisches und ein Einfrieren des flüssigen Wärmeträgers verhindert, bleibt die
in dem Sammelraum vorhandene Meßeinrichtung
im wesentlichen frei von festen oder flüssigen Fremdstoffen, die sich
durch Kondensieren aus dem Gasgemisch abscheiden und sich möglicherweise
auf oder in der Nähe
der Meßeinrichtung ablagern
und auf diese Weise zu Fehlmessungen führen. Die Heizeinrichtung verhindert
neben der Kondensation von feuchtem Reaktionsgas an der kalten Meßeinrichtung
auch ein Erstarren bzw. Einfrieren des im Sammelraum gesammelten
Wärmeträgers. Der
Wärmeträger verbleibt
so in seinem flüssigen
Zustand, wodurch optimale Meßbedingungen geschaffen
werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
der Zeichnungen beispielshalber noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
in Richtung Pfeil I in 2,
befestigt an einer Anlagenkomponente;
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2 eine
Draufsicht auf die Vorrichtung aus 1,
in Richtung Pfeil II in 1;
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3 Querschnitte
und Draufsichten verschiedener Ausführungsformen eines Gitterrostes;
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4 eine
der 1 ähnliche
Querschnittsansicht, wobei zwischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
und der Anlagenkomponente ein Absperrventil eingebaut ist;
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5 eine
der 1 ähnliche
Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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6 eine
Querschnittsansicht des Reaktionsgas-Austrittsbereiches eines Mantelrohrreaktors mit
zwei möglichen
Einbauorten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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7 in
schematischer Darstellung eine Ansicht einer eingebauten erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit Fließbild
ohne Differenzdruckmeßeinrichtung;
und
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8 eine
der 7 ähnliche
Darstellung mit Differenzdruckmeßeinrichtung.
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Die in den Figuren dargestellten
Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 weisen
einen Sammelraum 2 auf, der durch ein erstes Rohrstück 3 und
ein zweites Rohrstück 4 gebildet ist.
Das zweite Rohrstück 4 ist
rechtwinklig so an das erste Rohrstück 3 angeschlossen,
daß sie
ein unsymmetrisches T bilden, und steht mit dem ersten Rohrstück 3 in
Strömungsverbindung.
Im eingebauten Zustand verläuft
das erste Rohrstück 3 horizontal, das
zweite Rohrstück 4 als
Steig- bzw. Fallrohr
vertikal von dem ersten Rohrstück 3 nach
oben und bildet das freie Ende des zweiten Rohrstücks 4 eine
Eintrittsöffnung 5 für flüssigen Wärmeträger 6 aus.
Um die Eintrittsöffnung 5 herum
ist ein Befestigungsflansch 7 gasdicht an das freie Ende
des zweiten Rohrstücks 4 angeschweißt. Der
Befestigungsflansch 7 erstreckt sich über dieses freie Ende hinaus
und bildet um die Eintrittsöffnung 5 herum
einen Trichter 21 aus. Dieser Befestigungsflansch 7 dient
zur Befestigung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 an
einem Gegenflansch 8 einer Anlagenkomponente 9,
wie beispielsweise einer Rohrleitung eines Rohrbündelreaktors, aus der dort
vorhandener flüssiger
Wärmeträger 6 in die
Vorrichtung 1 eintritt.
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Das erste Rohrstück 3 ist an seinen
beiden Enden mit jeweils einem Blockstück 10, 11 verschlossen.
Durch ein erstes Blockstück 10 hindurch
erstreckt sich eine erste Meßeinrichtung 12 in
das erste Rohrstück 3 hinein.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen
ist diese erste Meßeinrichtung 12 als eine
handelsübliche
hochwarmfeste Leitfähigkeitselektrode 13 ausgebildet,
die dazu eingerichtet ist, bei Kontakt mit elektrisch leitfähigen Stoffen – z. B.
mit flüssigem
Salz als Wärmeträger 6 – anzusprechen. Die
Elektrode 13 ist in dem ersten Blockstück 10 durch eine gasdichte
Schraubverbindung 14 befestigt. Mit ihrem außerhalb
des ersten Rohrstücks
befindlichen Ende ist die Elektrode 13 an eine (nicht dargestellte)
Auswerteeinheit angeschlossen 16, die einen zweikanaligen
Trennschaltverstärker
und auch eine Alarmierungseinrichtung aufweist.
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Das Volumen des Sammelraums 2 bzw.
des ersten und des zweiten Rohrstücks 3, 4 ist
so klein wie möglich.
Durch das geringe Volumen wird ein schnelles Ansprechverhalten der
Elektrode 13 erreicht. Die Länge des ersten waagerechten
Rohrstücks 3 ist dabei
bestimmt durch die Länge
der in ihm liegenden Elektrode 13, wobei diese Länge möglichst
kurz ist. Das in dem ersten Rohrstück 3 befindliche Ende 15 der
Elektrode 13 ist mit Abstand zur Einmündung 31 des zweiten,
senkrechten Rohrstücks 4 versetzt
angeordnet. Auf diese Weise wird die Elektrode 13 nicht
direkt getroffen, wenn beispielsweise Partikel durch die Eintrittsöffnung 5 in den
Sammelraum 2 fallen.
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Der Abstand der Elektrode 13 zur
Innenwandung des ersten Rohrstücks 3 ist
möglichst
gering, damit schon geringe Mengen an flüssigem Salz 6 erkannt
werden. Andererseits ist ein Mindestabstand erforderlich, damit
nicht Fremdstoffe, wie z. B. Katalysatorabrieb, schon zu einem Fehlalarm
führen.
Erfindungsgemäß liegt
der Abstand zwischen Elektrode 13 und Sohle des ersten
Rohrstücks 3 zwischen
1 mm bis 20 mm, bevorzugt zwischen 3 mm bis 15 mm und besonders
bevorzugt zwischen 6 mm und 10 mm.
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Diese erste Meßeinrichtung 12 beruht
auf dem konduktiven Meßprinzip
einer Leitfähigkeitssonde 13 für elektrisch
leitende Flüssigkeiten.
Dringt flüssiges
Salz 6 in den Sammelraum 2 ein, entsteht zwischen
dem Elektrodenkopf 15 und den Wänden der Rohrstücke 3, 4 eine
elektrisch leitende Verbindung, wodurch sich der elektrische Widerstand
deutlich verringert. Dadurch wiederum schaltet ein Kanal des zweikanaligen
Trennschaltverstärkers
und zeigt ein Leckage-Signal an. Die erste Meßeinrichtung 12 sendet
also ein entsprechendes Signal an die Auswerteeinrichtung, die es
wiederum an die Alarmeinrichtung weiterleitet, die ihrerseits Alarm
auslöst.
Bei Leitungsbruch oder Kurzschluß (Bruch der Elektrode 13)
schaltet der zweite Kanal und zeigt ein Störsignal an. Die erste Meßeinrichtung 12 erkennt
damit die Zustände "flüssiges Salz
nicht vorhanden", "Störung" und "flüssiges Salz
vorhanden", so daß eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 dazu
eingerichtet ist, während
des Betriebs gefahrlos zwischen einer Funktionsstörung und
einer Salzleckage zu unterscheiden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist deshalb
eine selbstüberwachende
Vorrichtung.
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Eine Elektrode 13 ist als
Meßeinrichtung
für flüssiges Salz 6 und
andere ionische Flüssigkeiten geeignet,
die elektrisch leitend sind. Andere Wärmeträger können andere McBeinrichtungen
erfordern.
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Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 können neben
flüssigem
Salz auch beliebige andere flüssige
Wärmeträger erkannt
werden, wie z. B. Wärmeträgeröl oder Wasser.
Je nach den Eigenschaften des flüssigen
Wärmeträgers und
den Betriebsbedingungen der Anlage kommen entsprechende McBeinrichtungen
zur Erfassung eines Flüssigkeitsstandes in
Frage, wie beispielsweise Einrichtungen zur kapazitiven Messung,
Fluoreszenzmessung, Füllstandsradarmessung,
Ultraschallmessung, Vibrationsmessung, radiometrische Messung oder
visuelle Überwachung.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist
auf solche Fälle
konstruktiv anpaßbar.
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Sowohl in dem ersten Blockstück 10 als
auch in dem zweiten Blockstück 11 ist
jeweils ein Kanal 17 zur Zuführung von Inertgas 34 in
den Sammelraum 2 ausgebildet. An den Kanal 17 im
zweiten Blockstück 11 ist
ein Dreiwegeventil 35 angeschlossen. In einer ersten Stellung
leitet das Dreiwegeventil 35 Inertgas 34 durch
den Kanal 17 in den Sammelraum 2. In seiner zweiten
Stellung ist die Inertgas-Zuleitung 34a geschlossen und
kann durch den Kanal 17 eine Probe aus dem Sammelraum 2 entnommen
werden. Hierzu ist das Dreiwegeventil 35 in seiner zweiten Stellung
mit einem Probenahmehahn 18 verbunden.
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Mittels der beiden Inertgas-Kanäle 17 ist
die Vorrichtung 1 mit Inertgas 34, vorzugsweise
mit Stickstoff, spülbar.
Die Zuleitung erfolgt sowohl durch das erste als auch durch das
zweite Blockstück 10, 11,
damit alle Bereiche in dem ersten Rohrstück 3 durchströmt werden.
Die Inertgasspülung
trägt dazu bei,
daß sich
weniger Gase in dem Sammelraum 2 ansammeln, so daß die aus
Kondensation, Polymerisation resultierenden Partikel reduziert sind
und damit die Anzahl der Fehlalarme weiter verringert wird. Darüber hinaus
wird durch die Spülung
auch stehendes Gas verhindert, das möglicherweise als explosives
Gemisch eine Zündquelle
sein könnte.
Weiterhin sorgt die Spülung
dafür,
daß kleine
feste Partikel (Staub), die im Reaktionsgasstrom mitgeführt werden – z. B.
Katalysatorabrieb – nicht
in den Sammelraum 2 fallen können und sich dort ansammeln.
Zur Überwachung
der Stickstoffspülung
ist ein Durchflußmesser 48b mit
einem Minimum-Grenzwertkontakt angeordnet. Unterschreitet der Durchfluß einen
bestimmten Sollwert, erfolgt eine Alarmmeldung. Der Durchfluß ist nach
oben hin konstruktiv durch eine Drosselblende 48c begrenzt,
so daß ein
Hineinfließen
von flüssigem
Wärmeträger 6 in
den Sammelraum 2 nicht behindert ist.
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Ferner ist in dem zweiten Blockstück 11 noch eine
Aufnahme 19 für
einen Temperaturmeßfühler ausgebildet.
Der Temperaturfühler 19 kann
ebenfalls an die Auswerteeinheit bzw. Alarmeinrichtung angeschlossen
sein. An der Alarmeinrichtung sind Grenzwerte einstellbar, deren Überschreiten
zu dem Auslösen
eines Alarms führt.
An dem zweiten Blockstück 11 ist
auch eine Erdungslasche 32 befestigt.
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In dem Befestigungsflansch 7 ist
oberhalb der Eintrittsöffnung 5 ein
Gitterrost 20 mittels Schrauben lösbar befestigt. Der Gitterrost 20 kann
je nach den speziellen Anforderungen unterschiedlich ausgebildet
sein. Die Öffnungen
können
beispielsweise schlitzförmig
oder länglich
oder kreisförmig
ausgebildet sein. Die Anordnung und Anzahl der Öffnungen ist ebenfalls variabel.
In 3 sind beispielhaft
einige Gitterformen dargestellt.
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Der Gitterrost 20 verhindert
weitgehend das Eindringen von festen Fremdkörpern in den Sammelraum 2 und
damit ein diesbezügliches
ungewolltes bzw. falsches Ansprechen der Elektrode 13.
Die Öffnungen
des Gitterrostes 20 haben eine bevorzugte Öffnungsweite
im Bereich von 4 mm bis 7 mm. Wird die Öffnung kleiner, so besteht
die Gefahr, daß sich aufgrund
der Oberflächenspannung
des flüssigen Wärmeträgers 6 ein
Flüssigkeitsfilm über den
gesamten Querschnitt einer Öffnung
legt und somit kein flüssiger
Wärmeträger 6 in
den Sammelraum 2 fließen
kann. Andererseits sollte die Öffnungsweite
nicht größer als
7 mm sein, da sonst auch größere Partikel ungehindert
in den Sammelraum 2 fallen können.
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Der Befestigungsflansch 7 ist
durch eine Schraubverbindung 22 über eine Dichtung 23 an
einem als Blockflansch 8 ausgebildeten Gegenflansch einer
Reaktionsgas-Rohrleitung 9 eines Rohrbündelreaktors 39 lösbar befestigt.
Der Blockflansch 8 ist entsprechend den in der Reaktionsgas-Rohrleitung 9 vorhandenen
Drücken
und Temperaturen dimensioniert. Damit ist ein einfacher An- und
Abbau möglich, z.
B. für
Wartungszwecke.
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Auf dem Befestigungsflansch 7 und
dem Blockflansch 8 sind auf der der Vorrichtung abgewandten
Seite Fangbleche 25a, 25b angeordnet. Dabei sind
die am Blockflansch 8 angebrachten Fangbleche 25a mit
den am Befestigungsflansch 7 angebrachten Fangblechen 25b zur
Bildung einer Funktionseinheit abgestimmt. Die Fangbleche 25a, 25b sammeln
flüssiges
Salz 6 an der Rohrsohle der Reaktionsgas-Rohrleitung 9 und
führen
es durch die Eintrittsöffnung 5 in
den Sammelraum 2 der Vorrichtung 1.
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Der Nachweis von Salzleckagen kann
zur weiteren Reduzierung von Fehlalarmen mittels zweier verschiedener,
voneinander unabhängiger
Meßeinrichtungen
erfolgen. Beide Meßeinrichtungen
können
einzeln oder zusammen in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eingesetzt
werden. Bei Bedarf kann durch Kombination der beiden Meßeinrichtungen
durch diversitäre
Redundanz die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Vorrichtung 1 erhöht werden.
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In dem Befestigungsflansch 7 verläuft ein Kanal 24,
dessen eines Ende in die Außenumfangsfläche des
Befestigungsflansches 7 mündet und dessen anderes Ende
oberhalb der Eintrittsöffnung 5 und unterhalb
des Gitterrostes 20 in den Trichter 21 des Befestigungsflansches 7 mündet. Dieser
Kanal 24 dient als Stickstoffanschluß für eine Differenzdruckmeßeinrichtung 57.
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Die Differenzdruckmeßeinrichtung 57 stellt
in den vorliegenden Ausführungsbeispielen
eine zweite Mcßeinrichtung
zusätzlich
zur ersten Meßeinrichtung 12 dar.
Durch die statische Säule
des flüssigen
Wärmeträgers 6 in
dem Sammelraum 2, d. h. in dem ersten und in dem zweiten
Rohrstück 3, 4,
stellt sich ein unterschiedlicher Druck an den Anschlüssen der
Differenzdruckmeßeinrichtung 57 ein
(8). An der Differenzdruckmeßeinrichtung 57 ist
ein Grenzwert einstellbar, dessen Überschreiten eine Leckage anzeigt.
Die Differenzdruckmeßeinrichtung 57 kann
an eine zentrale Schaltwarte angeschlossen und in das Sicherungssystem
der Anlage eingebunden sein.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist vorzugsweise
aus Edelstahl, angepaßt
an den jeweiligen Anwendungsfall, gebildet und auf die jeweils vorgegebenen
Drücke
und Temperaturen dimensioniert. Wegen der kleinen Abmessungen sind
jedoch unabhängig
davon die erforderlichen Wandstärken sehr
klein. Bei Verwendung von Zulieferteilen mit Standardabmessungen,
beispielsweise für
die Rohrstücke,
sind diese daher meist überdimensioniert.
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In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Heizeinrichtung 26 als
Doppelmantel 27 um den Sammelraum 2 herum ausgeführt. Die
Beheizung erfolgt mit Dampf, der in den Zwischenraum zwischen dem
inneren und dem äußeren Mantel
eingeleitet wird. Diese Art der Beheizung hat den Vorteil, daß eine Temperaturregelung
nicht mehr nötig
ist, da mit dem anliegenden Sattdampfdruck die Temperatur automatisch
auch festgelegt ist. Die Temperatur ist dabei so einstellbar, daß die Komponenten
des Gasgemisches nicht an der Elektrode 13 kondensieren und
das flüssige
Salz 6 in seinem Flüssigzustand
verbleibt. Außerdem
sind in explosionsgefährdeten
Bereichen zusätzliche
Maßnahmen
nicht erforderlich.
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Der Dampf wird über eine Dampfzuleitung 28 in
den Doppelmantel 27 um das zweite Rohrstück 4 eingeleitet
und als Kondensat über
eine Kondensatableitung 29 aus dem Doppelmantel 27 um
das erste Rohrstück 3 abgeführt.
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Der Doppelmantel 27 sowie
die Dampfzuleitungen 28 und Kondensatableitungen 29 sind
von einer Isolierung 30 umschlossen.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem
Blockflansch 8 der Reaktionsgas-Rohrleitung 9 und
dem Befestigungsflansch 7a der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein
Absperrventil 36 eingebaut, das separat beheizbar ist.
Mit dem Absperrventil 36 kann die Eintrittsöffnung 5 der Vorrichtung 1 geschlossen
werden.
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Ist zwischen der Rohrleitung 9 und
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein
Absperrventil 36 installiert, können auch über dieses Proben entnommen
werden. Das Absperrventil 36 bietet auch den Vorteil, daß die Vorrichtung 1 als
Wechselarmatur und damit ohne Prozeßunterbrechung ausgebaut werden
kann.
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In dieser Ausführungsform ist der Gitterrost 20 in
einem separaten Halteelement 7b befestigt, das in etwa
dem oberen Abschnitt des Befestigungsflansches 7 aus der
in 1 dargestellten Ausführungsform
entspricht. Dieses Halteelement 7b ist separat an den Blockflansch 8 angeschraubt 37.
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Wie in 5 dargestellt
kann die Heizeinrichtung 26 auch durch Heizmatten oder
Heizkabel 38 gebildet sein, die den Sammelraum 2 elektrisch beheizen.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Heizeinrichtung 26, falls erforderlich, den Explosionsschutzerfordernissen
der jeweiligen Anlage entsprechend auszulegen.
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In 7 ist
ein Fließschema
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ohne
Differenzdruckmeßeinrichtung
dargestellt.
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Durch die Reaktionsgas-Rohrleitung 45 fließt das Reaktionsgasgemisch 45a,
das eventuell Leckagen von flüssigem
Wärmeträger 6 mit
sich führt.
An die Reaktionsgas-Rohrleitung 45 ist über ein Absperrventil 36 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 mit
einer Heizeinrichtung 26 angeschlossen, die den Sammelraum 2 der
Vorrichtung mit Dampf beheizt.
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In dem ersten Blockstück 10 ist
eine Elektrode 13 eingeschraubt. In dem zweiten Blockstück 11 ist
ein Temperaturmeßfühler 19 befestigt.
In beiden Blockstücken 10, 11 ist
jeweils ein Inertgas-Kanal 17 ausgebildet, die beide an
eine Inertgas-Zuleitung 34a angeschlossen sind. Diese Inertgas-Zuleitung 34a weist
ein erstes Ventil 46, ein diesem nachgeschaltetes Druckreduziergerät 47,
einen Druckmesser 48a, einen Durchflußmesser 48b und anschließend eine fest
eingestellte Drosselblende 48c auf, die die maximale Inertgas-Strömungsmenge
begrenzt. Hinter der Drosselblende 48c verzweigt sich 49 die
Inertgas-Zuleitung 34a zu den beiden Inertgas-Kanälen 17 in
den beiden Blockstücken 10, 11,
wobei die beiden Verzweigungsäste
jeweils ein Ventil 50, 51 enthalten.
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Um eine einfache Installation einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zu
ermöglichen,
ist die zugehörige
Ausrüstung,
beispielsweise Instrumentierung, Durchflußmesser 48b (eventuell
Differenzdruckmeßeinrichtung 57),
Armaturen, Rohrleitungen 34a, Druckmesser 48a und Überspannungsschutz zentral
auf einer Montageplatte 52 installiert. Diese ist in unmittelbarer
Nähe zur
erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 aufstellbar.
Zum Schutz vor Witterungseinflüssen
kann diese Montageplatte 52 in einem Schutzkasten untergebracht
sein.
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Mit gestrichelten Linien ist eine
Montageplatte 52 angedeutet, auf der die einzelnen Komponenten
angebracht sind.
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In 8 ist
das Fließbild
aus 7 um eine Differenzdruckmeßeinrichtung 57 ergänzt. Diese
Differenzdruckmeßeinrichtung 57 mißt die Druckdifferenz
zwischen der Inertgas-Zuleitung 53 zu dem zweiten Blockstück 11 und
einer Inertgas-Zuleitung 54 zu
dem Inertgas-Anschluß 24 in
dem Befestigungsflansch 7, wobei letztere Inertgaszuleitung 54 von
der Inertgaszuleitung 53 zum zweiten Blockstück 11 abzweigt.
In beiden Zuleitungen 53, 54 ist jeweils ein Durchflußmesser 55a, 56a,
eine Drosselblende 55b, 56b und anschließend ein
Ventil 50, 58 angeordnet.
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Rohrbündelreaktoren 39 sind
das bevorzugte Einsatzgebiet einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1.
Sie weisen üblicherweise
einen senkrecht aufgestellten zylinderförmigen Behälter bzw. Mantelraum 40 auf,
in dem sich ein Rohrbündel 41 befindet. Die
Rohre des Rohrbündels 41 sind
an ihren Enden gasdicht in Rohrböden 42 befestigt.
An diese Rohrböden 42 schließen sich
Hauben 43 mit Stutzen 44 an, durch die ein Reaktionsgasgemisch
zu- bzw. abgeführt
wird.
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Solche Rohrbündelreaktoren 39 werden
für eine
große
Anzahl von Gasphasenreaktionen eingesetzt. Speziell bei katalytischen
Gasphasen-Partialoxidationsreaktionen wird ein Reaktionsgasgemisch durch
katalysatorgefüllte
Reaktionsrohre 41 geführt. Dabei
wird eine große
Wärmemenge
frei, die schnell und in definierter Weise längs der Reaktionsrohre 41 abgeführt werden
muß. Hierzu
wird durch den Mantelraum 40 ein Wärmeträger 6 geführt, welcher
die Reaktionsrohre 41 umspült und deren Wärme aufnimmt.
Der Wärmeträger 6 ist
meist flüssig
und besteht z. B. aus Thermalöl
oder flüssigem
Salz, welches vor allem bei Hochtemperaturanwendungen zur Anwendung
kommt.
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Dabei ist die Ausführung von
Rohrbündelreaktoren 39 nicht
eingeschränkt.
So kann der Rohrbündelreaktor 39 ein
oder mehrere Reaktionszonen und/oder mehrere Reaktionseinheiten
aufweisen. Er kann ergänzt
sein durch einen oder mehrere nachgeschaltete/n Postreaktor/en oder
Quenchkühler.
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Das Reaktionsgas 45a kann
sowohl von oben nach unten als auch von unten nach oben durch das
Rohrbündel 41 hindurchströmen.
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Ebenso kann der Wärmeträger 6 zur Anströmung der
Rohre 41 im Parallelstrom, Querstrom oder Radialstrom durch
den Rohrbündelreaktor
bzw. Postreaktor oder Quenchkühler
geführt
werden.
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Auch die Art der Führung des
Wärmeträgers 6 durch
den Rohrbündelreaktor 39 relativ
zum Reaktionsgas ist in keiner Weise eingeschränkt. Der Wärmeträger 6 kann sowohl
im Gleichstrom als auch im Gegenstrom im Verhältnis zum zu temperierenden Medium
geführt
werden.
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Idealerweise sind der Mantelraum 40 und
die Haubenräume 43 gegeneinander
gas- und flüssigkeitsdicht.
Trotzdem zeigt die Praxis, daß Undichtigkeiten
nicht gänzlich
ausgeschlossen werden können.
Solche Undichtigkeiten können
aus lokalen Materialfehlern, fehlerhaften Rohreinschweißungen oder
Materialermüdungserscheinungen
infolge von Lastwechseln, Korrosion, falscher Betriebsweise, unsachgemäßen Reinigungsmaßnahmen
etc. herrühren.
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Bei Verwendung von flüssigen Wärmeträgern kann
Wärmeträger 6 bei
Undichtigkeiten vom Mantelraum 40 insbesondere in den unteren
Haubenraum 43 gelangen, in den das Reaktionsgas nach Durchströmung des
Rohrbündels 41 eintritt
und aus dem es mittels einer Reaktionsgas-Rohrleitung 9, 45 abgeleitet
wird. Während
im Betrieb Wärmeträgerleckagen
vom Gasstrom mitgerissen und somit abgeleitet werden, können bei
abgeschaltetem Rohrbündelreaktor 39,
z. B. für
Wartungsarbeiten, mit der Zeit größere Wärmeträgermengen vom Mantelraum 40 in die
untere Haube 43 und in die anschließenden Rohrleitungen 9, 45 fließen und
sich dort sowie in weiteren Anlagekompomenten ansammeln.
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Im Fall eines Rohrbündelreaktors 39 ist
eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 vorzugsweise
im Bereich der unteren Reaktorhaube 43 in unmittelbarer
Nähe des
Gasaustrittsstutzens 44 oder in der Reaktionsgas-Rohrleitung 9, 45 an
der tiefsten Stelle (siehe 6,
Positionen A und B) angebracht. Durch seine Trägheit wird bei der Leckage
der Großteil
des flüssigen
Wärmeträgers 6 an
der Umlenkungsstelle des Rohrbogens, also am tiefsten Punkt der
Rohrleitung 9, 45 niederschlagen und gesammelt.
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Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist
jedoch nicht speziell begrenzt auf solche Rohrbündelreaktoren 39.
Sie kann Verwendung finden allgemein bei Rohrbündelapparaten, bei denen entweder
nur eine reine Wärmeübertragung stattfindet
oder bei denen bei einem Medium während des Durchgangs durch
den Apparat chemische Reaktionen stattfinden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 ist auch
als Schutzeinrichtung verwendbar, die in das Sicherheitssystem der
Anlage eingebunden werden kann. Ein solches Sicherheitssystem kann
bei Ansprechen der Schutzeinrichtung vorher festgelegte, erforderliche
Maßnahmen
einleiten und so die Sicherheit der Anlage gewährleisten.