DE202018107099U1 - Device for measuring the flow of ballast water through a pipeline - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Durchflussmessung von Ballastwasser durch eine Rohrleitung, wobei die Vorrichtung umfasst einen 90-Grad-Rohrbogen (1), bei dem an einer Außenradiuslinie und gegenüberliegend an einer Innenradiuslinie bei jeweils 45 Grad des 90-Grad-Rohrbogens (1) jeweils ein Zugang zu dem Rohr-Innenraum angeordnet ist, wobei die Zugänge über erste und zweite Messleitungen (12, 13) mit einem Differenzdruck-Messgerät (20) verbunden sind und wobei der Flüssigkeitsdruck an den Zugängen dem hydraulischen/hydrostatischen Druck im Innern der Rohrleitung plus oder minus dem Druck aus der Zentrifugalkraft der Flüssigkeit bezogen auf die neutrale Zentrifugallinie entspricht, wobei die Geschwindigkeit V des Wassers im 90-Grad-Rohrbogen (1) durch den an den Zugängen anstehende Druckdifferenz und vorgegebene geometrische Abmessungen des 90-Grad-Rohrbogens (1) gegeben ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Zugänge je eine Messbohrung (2, 3) an der Außenradiuslinie und gegenüberliegend an der Innenradiuslinie aufweisen, dassdie Messleitungen (12, 13) über Rohrstutzen (4, 5) direkt an den Messbohrungen (2, 3) angeschlossen sind, und dassdie Messbohrungen (2, 3) über fernsteuerbare Steuerventile (6, 7) in den Messleitungen (12, 13) mit dem Differenzdruck-Messgerät (20) verbunden sind.Apparatus for measuring the flow of ballast water through a pipeline, the apparatus comprising a 90 degree elbow (1) having access to an outer radius line and an inner radius line at 45 degrees of the 90 degree elbow (1), respectively the pipe interior is arranged, wherein the accesses via first and second measuring lines (12, 13) with a differential pressure measuring device (20) are connected and wherein the liquid pressure at the accesses the hydraulic / hydrostatic pressure inside the pipe plus or minus the Pressure from the centrifugal force of the liquid with respect to the neutral centrifugal line corresponds, the velocity V of the water in the 90-degree pipe bend (1) is given by the pressure difference at the access and given geometric dimensions of the 90-degree pipe bend (1) , characterized in that the accesses each comprise a measuring bore (2, 3) on the outer radius line and opposite to the Internal radius line, that the measuring lines (12, 13) via pipe sockets (4, 5) directly to the measuring bores (2, 3) are connected, and that the measuring bores (2, 3) via remote controllable control valves (6, 7) in the measuring lines (12 , 13) are connected to the differential pressure measuring device (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchflussmessung von Ballastwasser durch eine Rohrleitung auf Schiffen, wobei das Ballastwasser durch Schmutzteilchen und biologische Organismen kontaminiert ist.The invention relates to a device for measuring the flow of ballast water through a pipeline on ships, wherein the ballast water is contaminated by dirt particles and biological organisms.
Ballastwasser wird auf Frachtschiffen aus dem Fahrwasser entnommen um das Schiff bei wechselnder Frachtladung stets im gleichen Tiefgang zu halten. Ballastwasser kann daher sowohl Frischwasser, Brackwasser als auch Seewasser sein. Um zu verhindern, dass mit dem Ballastwasser exotische Organismen mit fremdem Lebenshabitat in einheimische Gewässer transportiert und dort neben anderen negativen Auswirkungen auch heimische Arten schädigen können und die Fischbrut zerstört wird, hat die Internationale Maritime Organisation (IMO) am 8. September 2017 verbindlich für alle seefahrenden Nationen der Welt einen Standard in Kraft gesetzt, wonach Ballastwasser an Bord des Schiffes so behandelt werden muss, das die fremden Organismen sicher abgetötet werden. Der Volumenfluss bei Aufnahme oder Abgabe von Ballastwasser auf Schiffen ist hoch und bewegt sich zwischen 250 m3/h bis auf über 8000 m3/h.Ballast water is taken from the fairway on cargo ships in order to keep the ship in the same draft with changing cargo. Ballast water can therefore be both fresh water, brackish water and seawater. In order to prevent ballast water from transporting exotic organisms with a foreign habitat to native waters and causing damage to native species and other disruptive effects, the International Maritime Organization (IMO) is binding on 8 September 2017 for all The world's maritime nations have set a standard that requires ballast water to be treated aboard the ship in such a way that the alien organisms are safely killed. The volume flow when receiving or discharging ballast water on ships is high, ranging from 250 m 3 / h to over 8000 m 3 / h.
Die Industrie setzt zur Messung von hohen Durchflussmengen fast ausschließlich das sogenannte magnetisch-induktive Verfahren MID ein. Diese Methode ist sehr genau und seit Jahrzehnten in Kraftwerken und Raffinerien erprobt. Die Bedingung für die störungsfreie Messung mit dem magnetischinduktiven Verfahren ist, dass vor der Messzelle mindestens fünf und nach der Messzelle mindestens drei Rohrdurchmesser gerader Rohrverlauf vorhanden sein muss. ISO 7145 verlangt sogar mindestens 20 bis 25 Rohrdurchmesser gerader Rohrverlauf vor der MID-Messzelle. Zum Unterschied von Raffinerien und Kraftwerken lässt sich diese Forderung nach einem ungestörten geraden Rohrverlauf vor und hinter der Durchflussmesszelle im Maschinenraum eines Schiffes niemals verwirklichen.The industry uses almost exclusively the so-called magnetic-inductive method MID to measure high flow rates. This method is very accurate and has been tested for decades in power plants and refineries. The condition for trouble-free measurement with the magnetic induction method is that at least five straight pipe runs must be present in front of the measuring cell and at least three pipe diameters downstream of the measuring cell. ISO 7145 even requires at least 20 to 25 pipe diameters straight pipe run in front of the MID measuring cell. In contrast to refineries and power plants, this requirement for an undisturbed straight pipe run in front of and behind the flow measuring cell in the engine room of a ship can never be realized.
Die Industrie hat für den Einsatzbetrieb von elektronischen Differenzdruck-Transmittern in Kraftwerken und Raffinerien zahlreiche Schutzschaltungen mit Mehrfach-Ventilanordnungen entwickelt, siehe z.B.
Das Regelwerk „RULES FOR CLASSIFICATION OF SHIPS der Klassifikationsgesellschaft DNVGL - Den Norske Veritas Germanischer Lloyd fordert im Teil 6, Kapitel 6, Titel Ballast Water Management, bei Rubrik C101“ explizit: „Alle Teile des Behandlungssystems sollen leicht zugänglich sein zur Inspektion und Wartung. Ausreichend Platz zur Reinigung und zum Ersatz von Komponenten des Behandlungssystems sollen zur Verfügung stehen.“The RULES FOR CLASSIFICATION OF SHIPS of classification society DNVGL - Den Norske Veritas Germanischer Lloyd explicitly states in
Der 90-Grad-Rohrbogen als Messsensor plus Differenzdruckmanometer ist bereits beschrieben in
Ballastwasser ist eine biologisch mit Mikroorganismen kontaminierte wässrige Lösung und daher ist es erforderlich, dass diese kontaminierte Flüssigkeit nicht in das empfindliche elektronische Differenzdruck-Messgerät gelangt. Der elektronische Differenzdruck-Transmitter muss außerdem vor hydraulisch/hydrostatischen Druckstößen geschützt werden, die im Schiffsbetrieb das mehr als das Hundertfache des Messbereiches ausmachen können.Ballast water is an aqueous solution biologically contaminated with microorganisms and therefore it is necessary that this contaminated fluid not enter the sensitive electronic differential pressure gauge. The Electronic Differential Pressure Transmitter must also be protected against hydraulic / hydrostatic surges, which can be more than 100 times greater in the marine environment.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zur Durchflussmessung von Ballastwasser durch eine Rohrleitung auf Schiffen anzugeben, deren Betrieb durch Kontaminierungen in dem Ballastwasser beeinträchtigt wird die sich zum platzsparenden Einbau in die Ballastwasserleitungen in Schiffen eignet.It is an object of the invention to provide a device for measuring the flow of ballast water through a pipeline on ships whose operation is affected by contamination in the ballast water which is suitable for space-saving installation in the ballast water pipes in ships.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The object is solved by the features of
Dazu ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchflussmessung von Ballastwasser durch eine Rohrleitung, wobei die Vorrichtung umfasst einen 90-Grad-Rohrbogen, bei dem an einer Außenradiuslinie und gegenüberliegend an einer Innenradiuslinie bei jeweils 45 Grad des 90-Grad-Rohrbogens jeweils ein Zugang zu dem Rohr-Innenraum angeordnet ist, wobei die Zugänge über Messleitungen mit einem Differenzdruck-Messgerät verbunden sind und wobei der Flüssigkeitsdruck an den Zugängen dem hydraulischen/hydrostatischen Druck im Innern der Rohrleitung plus oder minus dem Druck aus der Zentrifugalkraft der Flüssigkeit bezogen auf die neutrale Zentrifugallinie entspricht, wobei die Geschwindigkeit V des Wassers im 90-Grad-Rohrbogen durch den an den Zugängen anstehende Druckdifferenz und vorgegebene geometrische Abmessungen des 90-Grad-Rohrbogens gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugänge je eine Messbohrung an der Außenradiuslinie und gegenüberliegend an der Innenradiuslinie aufweisen, dass die Messleitungen über Rohrstutzen direkt an den angeschlossen sind, und dass die Messbohrungen über fernsteuerbare Steuerventile in den Messleitungen mit dem Differenzdruck-Messgerät verbunden sind.For this purpose, the device according to the invention for flow measurement of ballast water through a pipeline, wherein the device comprises a 90-degree pipe bend, in each case an access on an outer radius line and opposite to an inner radius line at 45 degrees of the 90-degree pipe bend is arranged to the tube interior, wherein the accesses are connected via measuring lines to a differential pressure gauge and wherein the liquid pressure at the inputs the hydraulic / hydrostatic pressure inside the pipe plus or minus the pressure from the centrifugal force of the liquid relative to the neutral Centrifugal line corresponds, wherein the velocity V of the water in the 90-degree pipe bend is given by the present at the approaches pressure differential and given geometric dimensions of the 90-degree pipe bend, characterized in that the accesses each have a measuring bore on the outer radius line and opposite the inner radius line, that the measuring lines are directly connected to the pipe via pipe sockets, and that the measuring holes are connected to the differential pressure measuring device via remote-controllable control valves in the measuring lines.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die druckstoßresistente elektronische Durchflussmessung größter Mengen von biologisch kontaminierten Wasser in Rohren ohne gerade Rohrstrecken, erfordert kein Bedienungspersonal und lässt sich einfach extern pneumatisch steuern und während des Betriebes automatisch leicht reinigen. Die Erfindung bietet eine selbstreinigende, störungsunempfindliche Vorrichtung zur Durchflussmessung von kontaminiertem Ballastwasser durch eine Rohrleitung.The device of the invention allows the surge-resistant electronic flow measurement of the largest amounts of biologically contaminated water in pipes without straight pipe sections, requires no operator and can be easily controlled externally pneumatically and automatically clean easily during operation. The invention provides a self-cleaning, interference-insensitive device for measuring the flow of contaminated ballast water through a pipeline.
Die praktische Erprobung der erfindungsgemäßen Durchflussmessmethode mit nur zwei Messbohrungen hat gezeigt, dass vor und nach dem 90-Grad-Rohrbogen keinerlei gerade Rohrstrecken erforderlich sind und daher diese Messmethode zur Durchflussmessung des Ballastwassers auf Schiffen besonders gut geeignet ist.The practical testing of the flow measuring method according to the invention with only two measuring bores has shown that before and after the 90-degree elbow no straight pipe sections are required and therefore this method of measuring the flow of ballast water on ships is particularly well suited.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erfüllt im Übrigen die vorgenannten Voraussetzungen der „RULES FOR CLASSIFICATION OF SHIPS“ und erlaubt die gegen Druckstoß resistente, elektronische Durchflussmessung größter Mengen von biologisch kontaminierten Wasser in Rohren ohne gerade Rohrstrecken, erfordert kein Bedienungspersonal und lässt sich einfach extern pneumatisch steuern und während des Betriebes automatisch leicht reinigen.The device according to the invention also fulfills the abovementioned requirements of the "RULES FOR CLASSIFICATION OF SHIPS" and allows the surge-resistant, electronic flow measurement of the largest amounts of biologically contaminated water in pipes without straight pipe sections, requires no operator and can be easily controlled externally pneumatically and during Automatically clean easily.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die fernsteuerbaren Steuerventile Kugelhähne mit Drehantrieb umfassen, wobei die Ventile robust sind und auf einfache Weise ferngesteuert werden können.An advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the remotely controllable control valves comprise ball valves with rotary drive, wherein the valves are robust and can be remotely controlled in a simple manner.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Dichtungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Messleitungen T-Rohr-Stücke umfassen, die mit einem ersten Schenkel mit den Steuerventilen und über einen zweiten Schenkel mit der zugehörigen Messleitung verbunden sind, wobei die Messleitungen eingeschaltet und gesperrt werden können.A further advantageous embodiment of the sealing arrangement according to the invention is characterized in that in the measuring lines T-piece pieces comprise, which are connected with a first leg with the control valves and a second leg with the associated measuring line, the measuring lines can be turned on and off ,
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die T-Rohr-Stücke über einen dritten Schenkel mit Auslassventilen verbunden sind, die in vorteilhafter Weise zum Entlüftung der Vorrichtung, zum Einfüllen von Reinwasser, zum Auslassen von Spülwasser und zum hydraulischen Verschluss der gesamten Durchfluss-Messvorrichtung dienen können.A further advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the T-tube pieces are connected via a third leg with outlet valves, which advantageously for venting the device, for filling pure water, for discharging rinse water and the hydraulic closure of entire flow measuring device can serve.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelhähne dreiteilige Kugelventile sind, die zwei Schweißflanschen und eine zwischen den Schweißflanschen montierte Kugelhalterung umfassen, wobei die Schweißflansche durch vier Längsschrauben zusammengehalten werden und infolgedessen durch Lösen von Muttern demontierbar sind, wodurch Wartungsarbeiten erleichtert werden.A further advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the ball valves are three-piece ball valves comprising two welding flanges and a ball holder mounted between the welding flanges, wherein the welding flanges are held together by four longitudinal screws and consequently can be disassembled by loosening nuts, thereby facilitating maintenance become.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messleitung ein Anschluss-T-Stück zum Anschluss der ersten Messleitung an die Hochdruckseite des Differenzdruck-Messgeräts und zum Anschluss an ein Dreiwegeventil über einen ersten Wellrohrschlauch aufweist, und dass die zweite Messleitung ein Anschluss-T-Stück zum Anschluss der zweiten Messleitung an die Niederdruckseite des Differenzdruck-Messgeräts und zum Anschluss an das Dreiwegeventil über einen zweiten Wellrohrschlauch aufweist. Die Verwendung der Wellrohrschläuche bewirkt in vorteilhafter Weise die völlige mechanische Spannungsentkopplung des Differenzdruck-Messgeräts von dem nachgeschalteten Dreiwegekugelhahn und dem Kugelhahn und weiterhin die Dämpfung /Eliminierung von hydraulischen Druckspitzen beim Umschalten der diversen Kugelhähne während des Betriebes.A further advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the first measuring line has a connection tee for connecting the first measuring line to the high pressure side of the differential pressure measuring device and for connection to a three-way valve via a first corrugated tube, and that the second measuring line a connection tee for connecting the second measuring line to the low pressure side of the differential pressure gauge and for connection to the three-way valve via a second corrugated tube. The use of the corrugated tubing advantageously effects the complete mechanical decoupling of the differential pressure gage from the downstream three-way ball valve and the ball valve and also the damping / elimination of hydraulic pressure spikes when switching the various ball valves during operation.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Dreiwegeventil ein Abschlussventil nachgeschaltet ist, mit dem die Vorrichtung zu verriegeln ist oder Reinwasser zuzufühen ist. A further advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the three-way valve, a closure valve is connected downstream, with which the device is to lock or pure water is to be supplied.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass, da die Messbohrungen mit einem Differenzdruck-Messgerät verbunden sind, aus dem gemessenen Differenzdruck Δh in Meter Wassersäule und dem Rohrinnendurchmesser D die Geschwindigkeit V des Wassers im 90-Grad-Rohrbogen bestimmen wird zu
- V die Geschwindigkeit des Wassers im 90-Grad-Rohrbogen,
- Δh die Druckdifferenz in Meter Wassersäule,
- D der Rohr-Innendurchmesser,
- R der mittlere Krümmungsradius des Rohrbogens und
- g die
Erdbeschleunigung 9,81 m2/sek ist,
- V is the speed of the water in the 90-degree pipe bend,
- Δh the pressure difference in meters of water column,
- D the pipe inside diameter,
- R is the mean radius of curvature of the pipe bend and
- g is the gravitational acceleration 9.81 m 2 / sec,
Ersichtlich kann in der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Volumendurchfluss mit geringem Rechenaufwand und hoher Genauigkeit bestimmt werden.Obviously, in the device according to the invention, the volume flow rate can be determined with little computational effort and high accuracy.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.Further advantages, features and possible applications of the present invention will become apparent from the following description in conjunction with the embodiments illustrated in the drawings.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung der Durchflussvorrichtung. -
2 eine perspektivische Darstellung der Durchflussvorrichtung, -
3 eine Schnittdarstellung eines Kugelhahns der Durchflussvorrichtung, -
4 eine schematische Detaildarstellung der Durchflussvorrichtung, und -
5 bis12 Darstellungen der Ventilstellungen der Durchflussvorrichtung in den diversen Betriebsstellungen.
-
1 a schematic representation of the flow device. -
2 a perspective view of the flow device, -
3 a sectional view of a ball valve of the flow device, -
4 a schematic detail of the flow device, and -
5 to12 Representations of the valve positions of the flow device in the various operating positions.
Wie aus
Diese dreiteiligen Kugelhähne
Werden bei den beiden dreiteiligen Kugelhähnen
Die Kugelhähne
An die untere Abzweigung der T-Rohr-Stücke
Die Durchfluss-Messvorrichtung weist Anschluss-Stücke
Die Rohrkupplungen
Wie aus
Dabei ist es erforderlich, dass der Gewindenippel
Die Leitungsführung zwischen den Messbohrungen
An das jeweilige Ende mit Außengewinde der Anschluß-Stücke16 und 17 sind Wellrohrschläuche
Die Verwendung der Wellrohrschläuche
Außerdem wird dadurch ermöglicht, dass die zur Ansteuerung des Durchfluss-Messgeräts erforderlichen Komponenten, insbesondere die Ventile
Der mittlere Rohranschluss mit Innengewinde des Dreiwegekugelhahns
Aus dem Vorstehenden ist überzeugend ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Durchfluss-Messvorrichtung an Bord von Schiffen störungsfrei betrieben werden kann, dass keine Einbauvoraussetzung hinsichtlich Rohrleitungsführung erforderlich ist und dass für die komplette automatische Ablaufsteuerung des Messvorganges irgendeine manuelle Manipulation nicht notwendig ist.From the above, it is convincingly evident that the flow measuring device according to the invention can be operated smoothly on board ships, that no installation requirement for piping is required and that any manual manipulation is not necessary for the complete automatic sequence control of the measuring process.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- 90-Grad-Rohrbogen90-Degree Elbows
- 22
- Messbohrungmeasuring bore
- 33
- Messbohrungmeasuring bore
- 44
- Rohrstutzenpipe socket
- 55
- Rohrstutzenpipe socket
- 66
- Kugelhahnball valve
- 6a6a
- Drehantriebrotary drive
- 77
- Kugelhahnball valve
- 7a7a
- Drehantriebrotary drive
- 88th
- T-StückTee
- 99
- T-StückTee
- 1010
- Kugelhahnball valve
- 10a10a
- Drehantriebrotary drive
- 1111
- Kugelhahnball valve
- 11a11a
- Drehantriebrotary drive
- 1212
- Winkelrohrelbow
- 1313
- Winkelrohrelbow
- 1414
- Rohrkupplungpipe coupling
- 1515
- Rohrkupplungpipe coupling
- 1616
- T-StückTee
- 1717
- T-StückTee
- 1818
- Gewindenippelthreaded nipple
- 1919
- Gewindenippelthreaded nipple
- 2020
- DifferenzdrucktransmitterDifferential pressure transmitter
- 2121
- Wellschlauchcorrugated hose
- 2222
- Wellschlauchcorrugated hose
- 2323
- DreiwegekugelhahnThree-way ball valve
- 23a23a
- Drehantriebrotary drive
- 2424
- Gewindenippelthreaded nipple
- 2525
- Kugelhahnball valve
- 25a25a
- Drehantriebrotary drive
- 2626
- VorschweißflanschWelding neck
- 6161
- Kugelhahn-SchweißflanschBall valve weld
- 6262
- Kugelhahn-SchweißflanschBall valve weld
- 6363
- Kugelhalterungball mount
- 6464
- Längsschraubenlongitudinal screws
- 6565
- Muttermother
- 6666
- Kugel mit DrehschlitzBall with swivel slot
- 6767
- Drehzapfenpivot
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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DE202018107099U1 true DE202018107099U1 (en) | 2019-01-04 |
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