DE2363370A1

DE2363370A1 - Determination of gas content of liquids esp. water - by contraflow exchange with carrier gas in an appts. having no moving parts

Info

Publication number: DE2363370A1
Application number: DE2363370A
Authority: DE
Inventors: Juergen Zschetke
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1973-12-20
Filing date: 1973-12-20
Publication date: 1975-06-26

Abstract

Gas content of liquids is determined by analysis of a carrier gas which has been brought into contact with the liquid, by conducting the liquid and the carrier gas in metered quantities in contraflow along a pipe line. The pipe-line is pref. temp. regulated, and pref. contains internal means for promoting exchange between the liquid and the gas, esp. wires, and/or metal turnings or chips. In addition, the inner wall face of the pipe may be at least partially lined with a metal or ceramic sintered layer. The appts. is suitable for a wide range of determinations of gas content in liquids, e.g. for water analysis and quality control, in chemical processing, in leak detection, in processing relating to nuclear plants, steam boilers and effluent treatment plants.

Description

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 BensbergInternational nuclear reactor construction GmbH 506 Bensberg

Vorrichtung zur Bestimmung des Gasgehaltes von FlüssigkeitenDevice for determining the gas content of liquids

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes von Flüssigkeiten an in ihnen gelösten Gasen mittels Analyse eines in Berührung mit der Flüssigkeit gebrachten Trägergases. Derartige Vorrichtungen werden in einer Vielzahl von technischen Bereichen benutzt, so in Kernenergieanlagen, Dampfkesseln und Anlagen zur Aufbereitung von Abwässern. Mit ihnen soll sichergestellt werden, daß bestimmte erwünschte Gasgehalte beispielsweise im Wasser nicht unter- oder überschritten werden, oder es sollen Rückschlüsse auf die Wirksamkeit chemischer Verfahren oder die Leckdichtigkeit einer Anlage ermöglicht werden. Dabei kann es erforderlich sein, den Gehalt einer Flüssigkeit an mehreren in ihr gelösten Gasen zu bestimmen.The present invention relates to a device for determination the content of gases dissolved in liquids by analyzing a substance in contact with the liquid brought carrier gas. Such devices are used in a variety of technical areas, such as in nuclear power plants, Steam boilers and systems for the treatment of waste water. They are intended to ensure that certain Desired gas contents, for example in the water, are not fallen below or exceeded, or conclusions should be drawn on the effectiveness of chemical processes or the leak tightness of a system. It can It may be necessary to determine the content of several gases dissolved in a liquid.

Neben zahlreichen chemischen Verfahren zur Bestimmung von gelösten Gasen in Flüssigkeiten, die jedoch meist recht umständlich sind, ist das unter Ausnutzung des Henryschen Adr Sorptionsgesetzes, nach dem die Löslichkeit von idealen Gasen bei konstanter Temperatur direkt proportional dem Druck des Gases ist, das sogenannte Phasenaustauschverfahren entwickelt worden, wie es beispielsweise in der DT-PS 1 161 056 oder in der Zeitschrift "Das Gas- und Wasserfach" 105 (1964) Seite 654 und 655 beschrieben wurde. Die hier beschriebenen Geräte,In addition to numerous chemical methods for the determination of dissolved gases in liquids, which, however, are usually quite cumbersome are, is that using Henry's law of sorption, according to which the solubility of ideal gases at constant temperature is directly proportional to the pressure of the gas, the so-called phase exchange process developed as it is for example in DT-PS 1 161 056 or in of the magazine "Das Gas- und Wasserfach" 105 (1964) page 654 and 655 has been described. The devices described here,

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O τ ^ O O τ ηO τ ^ O O τ η

die vorzugsweise zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in zum Teil stark verschmutztem Wasser verwendet werden, arbeiten jedoch mit mechanisch bewegten Teilen, um eine ausreichende Berührung der zu untersuchenden Flüssigkeit mit dem Trägergas herzustellen.which are preferably used to determine the oxygen content in sometimes heavily polluted water but with mechanically moving parts to ensure sufficient contact between the liquid to be examined and the carrier gas to manufacture.

Auch sind sie unter erschwerten räumlichen und personellen Bedingungen, wie z.B. an Bord eines Schiffes, nicht in ausreichend vielseitiger Weise zu betreiben.They are also insufficient under difficult spatial and personnel conditions, such as on board a ship more versatile way to operate.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gehaltes von Flüssigkeiten, vorzugsweise Wasser, an beliebigen in ihnen gelösten Gasen, die ohne ständig bewegte Teile arbeitet, platzsparend und einfach baut und eine von der Umgebungstemperatur unabhängige Messung gestattet. The object of the present invention is a device for determining the content of liquids, preferably water, on any gases dissolved in them, which works without constantly moving parts, is space-saving and simple to build and allows a measurement independent of the ambient temperature.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Rohrleitung vorgeschlagen, in der Flüssigkeit und Trägergas bis zur Herstellung der Gasgleichgewichtskonzentration dosiert im Gegenstrom geführt werden. Einerseits läßt sich mit Hilfe einer Rohrleitung eine nahezu beliebig lange Berührungsstrecke für Flüssigkeit und Trägergas schaffen, die weitgehend unempfindlich gegen äußere mechanische Einflüsse, wie Erschütterungen und Schwankungen ist und andererseits durch entsprechende Bauweise, z.B. in Form einer Wendel der Platzbedarf auf ein Mindestmaß begrenzen.To solve this problem, a pipeline is proposed in which the liquid and carrier gas up to the production the gas equilibrium concentration can be metered in countercurrent. On the one hand can be with the help of a pipeline an almost unlimited length of contact for Create liquid and carrier gas that are largely insensitive to external mechanical influences such as vibrations and fluctuations and, on the other hand, the space requirement is reduced by appropriate construction, e.g. in the form of a helix Limit the minimum size.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Rohrleitung temperierbar ist, um einen Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Meßergebnisse auszuschalten. Zweckmäßigerweise wird dabei die wie vorgeschlagen wendelförmig gewickelte Rohrleitung als ganze in einem für sich heiz- bzw. kühlbaren Behälter angeordnet.In a further embodiment of the invention it is proposed that the temperature of the pipeline can be controlled in order to prevent the influence of the Ambient temperature to switch off the measurement results. Appropriately, it is helical as suggested Coiled pipeline arranged as a whole in a container that can be heated or cooled by itself.

509826/0953509826/0953

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Sollte der zur Verfügung stehende Platz zur Unterbringung einer ausreichend langen Rohrleitung nicht ausreichen, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß diese in ihrem Inneren Austauschshilfsmittel enthält, durch die die Herstellung.der Gasgleichsgewichtskonzentration erleichtert wird.Should the space available for accommodation a sufficiently long pipeline will not be sufficient Proposed in a further embodiment of the invention that it contains exchange aids in its interior by which facilitates the production of the gas equilibrium concentration will.

In spezieller Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen, daß als Austauschshilfsmittel Drähte und/oder Späne in der Rohrleitung vorhanden sind. Die dadurch hervorgerufene Durchwirbelung von Flüssigkeit und Trägergas beschleunigt den Phasenaustausch wesentlich.In a special embodiment of this inventive concept suggested that wires and / or chips are present in the pipeline as a replacement aid. The resulting Swirling of liquid and carrier gas accelerated the phase exchange is essential.

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Alternativ hierzu wi'rd vorgeschlagen, daß die Wand der Rohrleitung ganz oder teilweise mit einer metallischen oder keramischen Sinterschicht bedeckt ist. Auch eine solche Ausführungsform bietet die Gewähr dafür, daß Flüssigkeit und Trägergas in innige Berührung miteinander gebracht werden.As an alternative to this, it is proposed that the wall of the pipeline in whole or in part with a metallic or ceramic Sintered layer is covered. Such an embodiment too provides a guarantee that the liquid and the carrier gas are brought into intimate contact with one another.

Zweckmäßigerweise wird die Rohrleitung derart mit Gefälle verlegt, daß in, ihr die zu untersuchende Flüssigkeit abwärts fließt und dabei von dem am unteren Ende eingeführten Trägergas durchperlt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Rohrleitung abwechselnd fallend und ansteigend angeordnet ist. Hierdurch wird eine Art Kaskade gebildet, in der abwechselnd Flüssigkeit und Trägergas mit hoher Geschwindigkeit aneinander vorbeiströmen bzw. das Trägergas gezwungen wird, eine verhältnismäßig in Ruhe befindliche Flüssigkeitsmenge zu durchperlen.The pipeline is expediently laid with a gradient in such a way that the liquid to be examined descends in it flows and is bubbled through by the carrier gas introduced at the lower end. In a further embodiment of the invention it is suggested that the pipeline alternately descends and is arranged in ascending order. This creates a kind of cascade in which liquid and carrier gas alternate flow past each other at high speed or that Carrier gas is forced to be relatively at rest Bubbling through the amount of liquid.

Derselbe Effekt läßt sich nach einem \\^reiteren Merkmal der Erfindung in ähnlicher Weise dadurch erzielen, daß die Rohrleitung an ihrer Unterseite mit Eindrückungen versehen ist, so daß der Flüssigkeitsstrom gleichfalls von Zeit zu Zeit gestaut wird.The same effect can be achieved in that the pipeline is provided on its underside with indentations so that the liquid flow is also jammed from time to time according to one \\ ^r Eiteren feature of the invention in a similar manner.

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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of the invention is shown, namely shows

Figur 1 eine Übersicht über die Vorrichtung als Ganzes und die Figuren 2 bis 5 in vergrößertem Maßstabe verschiedene mögliche Ausführungsormen der in der Figur 1 gezeigten Rohrleitung, wobei die Figuren 4 und 6 Querschnitte der in den Figuren 2 bzw. 5 dargestellten Rohrleitungen zeigen. ' ■Figure 1 shows an overview of the device as a whole and Figures 2 to 5 on an enlarged scale, various possible Embodiments of the pipeline shown in FIG. 1, with FIGS. 4 and 6 cross-sections of the lines shown in FIGS. 5 show pipelines shown. '■

Die Vorrichtung weist eine Leitung 1 auf, die vermittels eines Ventils 2 absperrbar ist und durch die die zu untersuchende Flüssigkeit der Vorrichtung zugeführt wird. Um die Vorrichtung mit einem gleichbleibenden hydrostatischen Druck zu beaufschlagen, ist die Leitung 1 mit einem Oberlauf 3 versehen. Eine Dosiervorrichtung 4 sorgt für einen gleichmäßigen, meßbaren Durch-satz der Flüssigkeit durch die Vorrichtung. Nach Eintritt in einen oberen Sammler 5 fließt die Flüssigkeit über eine Rohrwendel 6 in einen unteren Sammler 7 und von dort über eine weitere Leitung 8 ab. Zugleich fließt aus einem Vorratsbehälter 9 Trägergas über eine weitere, durch ein weiteres Ventil 10 absperrbare Leitung 11 in den unteren Sammler 7, wobei der Durchfluß vermittels einer xveiteren Dosiervorrichtung 12 geregelt wird. Vom unteren Sammler 7 steigt das Trägergas im Gegenstrom zur Flüssigkeit durch die Rohrwendel 6 zum oberen Sammler 5 auf und von dort über eine weitere Leitung 13 in eine beispielsweise Zeolith enthaltende Trocknungsvorrichtung 14 zu einem der bekannten GasChromatographen 15, in dem der Gehalt des Trägergases an solchen gasförmigen Beimengungen gemessen wird, die durch den Phasenaustausch mit der Flüssigkeit in dasselbe übergegangen sind. Zum Druckausgleich zwischen oberem Sammler 5 und unterem Sammler 7 ist eine Umgehungsleitung 16 vorhanden. Nach den in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen enthält das Rohr 6 als Austauschshilfsmittel Drähte 17 und/oder Späne 18 aus einem gegenüber der Flüssigkeit und dem Trägergas chemisch beständigen Material, beispielsweise aus rost-The device has a line 1, which mediates a valve 2 can be shut off and through which the to be examined Liquid is supplied to the device. To the device with a constant hydrostatic To apply pressure, the line 1 is provided with an overflow 3. A metering device 4 provides for an even, measurable throughput of the liquid through the device. After entering an upper Collector 5, the liquid flows through a coiled tubing 6 into a lower collector 7 and from there through another line 8 from. At the same time, carrier gas flows from a storage container 9 via a further valve 10 which can be shut off Line 11 into the lower collector 7, the flow being regulated by means of a further metering device 12 will. From the lower collector 7, the carrier gas rises in countercurrent to the liquid through the coiled tubing 6 to the upper one Collector 5 on and from there via a further line 13 into a drying device containing, for example, zeolite 14 to one of the known GasChromatographs 15, in which the content of the carrier gas in such gaseous impurities is measured, which have passed into the same through the phase exchange with the liquid. For pressure equalization A bypass line 16 is provided between the upper collector 5 and the lower collector 7. According to the Figures 2, 3 and 4 includes embodiments shown the tube 6 as a replacement aid, wires 17 and / or chips 18 from an opposite to the liquid and the carrier gas chemically resistant material, for example made of rustproof

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freiem Stahl. Wie in den Figuren 5 und 6 dargestellt, kann die Innenwand des Rohres 6 mit einer metallischen oder keramischen Sinterschicht 19 versehen sein, beispielsweise ebenfalls aus rostfreiem Stahl. In der Ausführungsform nach der Figur 7 ist das Gefälle der Rohrleitung 6 durch kurze Abschnitte unterbrochen, in denen die Rohrleitung 6 ansteigt, so daß die Flüssigkeit gestaut und das Trägergas gezwungen wird, unter inniger Durchmischung mit derselben hindurch zu perlen. In der Figur 8 ist die Rohrleitung 6 an ihrer Unterseite mit Eindrückungen 20 versehen, durch die ebenfalls eine Verlangsamung des Flüssigkeitsstromes und damit eine Verlängerung der zum Phasenaustausch zur Verfugung stehenden Zeit bewirkt wird.free steel. As shown in FIGS. 5 and 6, the inner wall of the tube 6 can be provided with a metallic or ceramic sintered layer 19, for example also made of stainless steel. In the embodiment according to the figure 7 the slope of the pipe 6 is through interrupted short sections in which the pipeline 6 rises, so that the liquid accumulates and the carrier gas is forced to bubble through with intimate mixing with the same. The pipeline 6 is shown in FIG provided on their underside with indentations 20, which also slow down the flow of liquid and thus an extension of the phase exchange for Allotted time is effected.

Um einen Einfluß der Temperaturverhältnisse auf die Messungen möglichst zu vermeiden, ist die 'Rohrwendel 6 (Fig. 1) in einem Behälter 21 angeordnet, der je nach den vorliegenden Umständen heiz- oder kühlbar ist. Der Behälter 21 ist dazu mit einer weiteren Rohrwendel 22 versehen, der über eine weitere Leitung 23 und durch eine weitere Dosiervorrichtung 24 gesteuert Heizbzw. KühIfluid zugeführt wird, das über eine weitere Leitung 25 abfließt. Selbstverständlich läßt sich statt der Rohrwendel 22 auch eine elektrische Heizung vorsehen. Zur Verringerung des Wärmeüberganges an bzw. aus der Umgebung ist der Behälter mit einer Isolierung 26 versehen.About an influence of the temperature conditions on the measurements To avoid as far as possible, the 'coiled tubing 6 (Fig. 1) is in one Arranged container 21, which can be heated or cooled depending on the circumstances. The container 21 is for this purpose with a further coiled tubing 22 is provided, which has a further line 23 and controlled by a further metering device 24 Heizbzw. KühIfluid is supplied via another line 25 drains. Of course, instead of the coiled tubing 22, an electric heater can also be provided. To reduce the The container is provided with an insulation 26 for the transfer of heat to or from the environment.

Die beschriebene Vorrichtung ist vielseitig für die Bestimmung des Gasgehaltes aller Arten von Flüssigkeiten geeignet, wobei nacheinander, gegebenenfalls unter Verwendung verschiedener Trägergase der Gehalt der Flüssigkeit an verschiedenen Gasen untersucht werden kann. Besonders geeignet ist es für die Bestimmung von gelöstem Stickstoff, Wasserstoff, Tritium und Sauerstoff in Wasser, beispielsweise dem Kühlwasser von Kernenergieanlagen, wofür als Trägergase unter anderen Helium, Argon, Stickstoff und Wasserstoff in Frage kommen.The device described is versatile for the determination of the gas content of all types of liquids, whereby successively, optionally using different carrier gases, the content of the liquid in different gases can be examined. It is particularly suitable for determination of dissolved nitrogen, hydrogen, tritium and oxygen in water, for example the cooling water of nuclear power plants, for which helium, argon, nitrogen and hydrogen can be used as carrier gases.

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Claims

- O - 14.12. We / Tue 24.248, PROTECTION APPROACH

1. ^ Device for determining the gas content of liquids ^ - J by analyzing a carrier gas brought into contact with the liquid,
marked

through a pipe (6) * in the liquid and carrier gas metered in countercurrent.

2. Device according to claim 1,
characterized, ·

that the pipe (6) can be tempered (22).

3. Device according to claim 1 and / or 2, characterized in that

• That the pipeline (6) is an exchange aid inside (17 to 20).

4. Apparatus according to claim 3,
characterized,

that wires (17) and / or chips (18) are present in the pipeline (6) as a replacement aid.

5. Apparatus according to claim 3,
characterized,

that the wall of the pipeline (6) wholly or partially with a metallic or ceramic sintered layer (19) is covered.

6. Device according to one or more of the preceding claims, with a pipeline having a gradient, characterized in that

that the pipe (6) alternately falling and rising is arranged.

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7. Device according to one or more of the claims 1 to S,

characterized in that the pipeline (6) has indentations on its underside (20) is provided.

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