DE2415326C2 - Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines Behälters - Google Patents
Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines BehältersInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines
Behälters durch Feststellen einer Kaltstelle in einer Behälterwand mittels einer Rohrleitung, die in Kälteübertragungskontakt
zum Isoliersystem angeordnet und mit einem Ionen leitenden Medium gefüllt ist, das durch
die infolge des Schadens zugeführte Kälte erstarrt und dessen elektrische Leitfähigkeit sich durch den Erstarrungsvorgarig
ändert.
Eine derartige Vorrichtung ist bekannt (US-PS 32 14 963). Sie wird bei Isolierbehältern, wie sie zur
Aufbewahrung und zum Transport von Tieftemperaturflüssigkeiten verwendet werden, eingesetzt Beispielsweise
kann es sich bei der Tieftemperaturilüssigkeit um verflüssigtes Erdgas handeln. Eine solche Kryogene
Flüssigkeit wird bei sehr niedrigen Temperaturen von etwa —160° C in Behältern oder Tanks transportiert
Der Behälter kann mit einem dünnwandigen Innenbehälter aus teurem Werkstoff versehen sein, der zwar die
niedrigen Temperaturen unbeschadet übersteht, jedoch
keine ausreichende Festigkeit besitzt, um dem Flüssigkeitsgewicht standzuhalten. Diese Aufgabe kann von
einem Außenbehälter aus billigerem Werkstoff übernommen werden. Wird das Isoliersystem beispielsweise
durch Rißbildung beschädigt, so gelangt die Kälte an den Außenbehälter, der im betreffenden, als »Kaltstelle«
bezeichneten Bereich spröde wird und dann die benötigte Festigkeit verliert. Daher ist es zur Vermeidung
von katastrophenähnlichen Unfällen wichtig, auftretende Kaltstellen rechtzeitig festzustellen.
Bei der bekannten Vorrichtung wird durch die im Kälteübertragungskontakt angeordnete Rohrleitung
komprimierte Luft geleitet, die zuvor durch Wasserzuführung gesättigt wurde. Ein derartiges Gemisch aus
Luft und Wasserdampf besitzt eine gewisse elektrische Leitfähigkeit Beim Auftreten einer Kaltstelle kondensiert
Wasserdampf an der Rohrleitungswand und vereist, wodurch der Rohrleitungsquerschnitt verengt
wird. Das führt zu einer Änderung des Strömungsdurchsatzes durch die Rohrleitung bzw. des Druckabfalls in
der Rohrleitung. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt die Überwachung durch Messung des Strömungsdurchsatzes
bzw. des Druckabfalles.
Dieses Durchströmen der Rohrleitung mit Luft von hoher Feuchtigkeit sowie das Übe-wachen des Auftretens
von Eis in der Rohrleitung ist zeitraubend und schwierig und mit einem vergleichsweise hohen
Aufwand verbunden. Dieses wirkt sich bei großen Behältern wie beispielsweise großen Tankschiffen für
Flüssiggasladungen verstärkt aus.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung so auszubilden, daß mit
einem vergleichsweise geringen Aufwand selbst kleine Beschädigungen des Isoliersystems schnell und genau
nachgewiesen weiden können, wobei eine Lokalisierung der Schadstelle problemlos erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohrleitung elektrisch nicht leitend ist und an
ihren Enden ein Paar von Elektroden aufweist, das einerseits mit dem Medium zur Messung seiner
elektrischen Leitfähigkeit in Kontakt steht und andererseits an eine Leitfähigkeits-Überwachungseinrichtung
angeschlossen ist.
Die Erfindung baut dabei auf der Erkenntnis auf, daß die Ionenleitfähigkeit von Flüssigkeiten und Lösungen
von deren Viskosität abhängt und sich daher bei Temperaturänderungen in einem bemerkbaren Ausmaß
ändert, je niedriger die Temperatur ist, umso höher ist die Viskosität und umso geringer ist daher die
Leitfähigkeit. Das Gefrieren oder Erstarren ist von einem sehr stark ausgeprägten Rückgang der Leitfähigkeit
begleitet. Unter diesen Umständen beschränkt sich die Bewegung der Ionen auf das Auffüllen freier
Gitterpunkte im festen Gitter. Der auf ein Gefrieren
zurückzuführende Rückgang der Leitfähigkeit läßt sich leicht messen. Es bedarf dazu keiner Durchströmung der
Rohrleitung bzw. Umwälzung eines Mediums.
Somit kann mittels der in Kälteübertragungskontakt zum Isoliersystem angeordneten Rohrleitung ein durch
das Medium in der Leitung fließender Strom überwacht und leicht festgestellt werden, wenn der Stromfluß
durch den Elektrolyten im wesentlichen aufhört, was ein
Leck bzw. eine Kaltstelle anzeigt Dabei kann die Überwachungseinrichtung eine Warneinrichtung beliebiger
Bauart betätigen.
Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei sehr großen zu überwachenden Flächen des Kälteisoliersystems ist es sinnvoll, eine große Zahl
getrennter Leitungen zu verwenden, die dauerhaft in Kälteübertragungskontakt zum Isoliersystem angeordnet
sind und von einer zentralen Stelle aus nacheinander einzeln oder gruppenweise überwacht werden. Da es
schwierig sein kann, mit von außen zugeführten Strömen zu arbeiten, kann der zu überwachende Strom
durch Verwendung von Elektroden aus verschiedenartigen Metallen jeweils an Ort und Stelle erzeugt werden.
Bei der gitterförmigen Anordnung von Rohrleitungen bzw. Einzelleitungen, die sich kreuzen und im wesentlichen
in einer Ebene verlaufen, werden von einer Kaltstelle mindestens zwei sich kreuzende Einzelleitungen
beeinflußt, wodurch ein genauerer Hinweis auf die Lage der Kaltstelle erzielt wird.
Soweit die Rohrleitung bzw. die Einzelleitungen aus zwei getrennten Kanälen bestehen, in denen sich
bezüglich des Gefrierpunktes und der Relation zwischen Leitfähigkeit und Temperatur unterscheidende
Medien vorhanden sind, ergibt sich eine Schar von Leitfähigkeits-Temperatur-Kurven für eine unterschiedliche
Länge aufweisende Abschnitte der das betreffende Medium enthaltenden Leitungen. Durch Vergleichen
der in jeder Leitung nachgewiesenen Ströme und durch Überlagern der zugehörigen Kurven ist es dann
möglich, die Länge jedes Leitungsteils, der durch eine bestimmte Kaltstelle beeinflußt wird, und die Temperatur,
der das für Ionen leitfähige Medium in der betreffenden Leitung ausgesetzt ist, zu ermitteln.
Alternativ ist es möglich, eine mathematische Lösung zu formulieren, nachdem man die Beziehungen zwischen
Leitfähigkeit und Temperatur mathematisch ausgedrückt
hat
Bei Gruppen von Einzelleitungen, die ein Gitter oder einen Satz von Gittern bilden, ist es somit leicht möglich,
die Form einer vorhandenen Kaltstelle zu bestimmen. Dabei ist es zweckmäßig, die verschiedenen Einzelleitungen
ab getrennte, nebeneinander angeordnete Kanäle einer zusammengesetzten Leitung auszubilden.
Diese kann so gestaltet sein, daß eine Kälteübertragungsberührung auf der einen Seite zwischen den
einzelnen Kanälen und dem Kälteisoliersystem vorhanden ist, während auf der anderen Seite ein der Leitung
fest zugeordneter Luftisolierkanal vorgesehen ist.
Die im Rahmen der Erfindung genutzte Änderung der Leitfähigkeit kann mit dem nachfolgenden Versuchsergebnis
deutlich gemacht werden: Ein Kunststoffschlauch mit einer Länge von 136,5 m, einem Innendurchmesser
von 7 mm und einer Wandstärke von 1,5 mm wurde mit einer Kochsalzlösung gefüllt, die 60 g
Kochsalz je Liter Wasser enthielt. In die Rohrenden wurden eine Anode aus Kupfer und eine Kathode aus
Zink eingetaucht. Dabei -iurde bei einer Spannung von 0,7 Volt eine Stärke von 0,5 Mikroampere gemessen.
Die Leitung wurde mit einer Metallplatte in Berührung
gebracht, von der ein Teil auf —300C abgekühlt wurde.
Innerhalb von 5 Minuten erstarrte die Kochsalzlösung in der Leitung und die Stromstärke ging auf Null zurück.
Ein entsprechend positiver Nachweis ließ sich auch bei Versuchen erzielen, bei denen in einen Kunststoffilm
eingeschlossene Gelatine und Natriumsilikat anstelle der Kochsalzlösung verwendet wurde.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend
anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine schematische Darstellung des Erfindungsprinzips;
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform mit gitterförmig sich kreuzenden Einzelleitungen
und
Fig.3 die Stirnansicht einer Rohrleitung mit zwei benachbarten Kanälen und einem Isolierkanal.
In F i g. 1 ist eine Metallplatte 1 zu sehen, die durch ein
Kälteisoliersystem 2 abgestützt f..; und an ihrer Außenfläche 3 mit einer elektrisch rächt leitenden
Rohrleitung 4 in Kälteübertragungskontakt steht Die Rohrleitung 4 ist mit einem Ionen leitenden Medium 5
gefüllt, in das eine metallische Anode 6 und eine metallische Kathode 7 eingetaucht sind. Die beiden
Elektroden sind durch Leiter 8 und 9 mit einer Leitfähigkeits-Überwachungseinrichtung 10 verbunden.
Wird das Kälteisoliersystem 2 beschädigt, dringt an der Schadstelle Kälte durch das Kälteholiersystem und
einen vorbestimmten Bereich 11 der Außenfläche 3 der
Metallplatte 1. Die Kälte gelangt innerhalb dieses Bereiches zum Medium 5 in der Rohrleitung 4. Unter
dem Einfluß der zugeführten Kälte erstarrt das Medium am Punkt 12, welcher der Schadstelle des Kälteisoliersystems
2 am nächsten benachbart ist. Die mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 10 kontrollierte lonenleitfähigkeit
geht praktisch auf Null zurück.
F i g. 2 zeigt eine Anordnung mit einer Metallplatte 21, bei der es sich beispielsweise um einen Teil der Wand
des Außenmantels eines Behälters für eine kryogene Flüsigkeit handelt. Die Metallplatte 21 stützt sich an
-einem Kälteisoliersystem 22 ab, und in Kälteübertragungskontakt zur Außenfläche 23 der Metallplatte 21
sind satzweise Einzelleitungen 24, 25. 26 sowie 27, 28
und 29 angeordnet, die mit einem Ionen leitenden Medium 30 gefüllt sind. Ferner sind metallische Anoden
31,32,33,34,35 und 36 sowie metallische Kathoden 37,
38, 39, 40, 41 und 42 an den Enden der Einzelleitungen vorgesehen, die in das Medium 30 eintauchen. Die sich
rechtwinklig kreuzenden Einzelleitungen 24 bis 29 sind auf der Außenfläche 23 der Metallplatte 21 so
angeordnet, daß sie ein Netzwerk bilden, das annähernd die gesamte Plattenfläche überdeckt. Die Elektroden 31
bis 42 sind mit einer Leitfähigkeits-Überwachungseinrichtung verbunden (nicht dargestellt), mit der nacheinander
alle Einzelleitungen 24 bis 29 abgefragt bzw. überwacht werden können, um das Auftreten eines
Verlustes der lonenleitfähigkeit festzustellen.
Wird das Kältei jliersystem 22 beschädigt, gelangt entweichende Kälte an den der Schadstelle benachbarten
Bereich 43 der Außenfläche 23 der Metallplatte 21 und dringt in die benachbarten Teile der Ei.izelleitungen
24 bis 29. Infolge der zugeführten Kälte erstarrt das Ionen leitende Medium am der Schadstelle benachbarten
Punkt 44. Daher geht d:e lonenleitfähigkeit in den beiden Einzelleitungen 26 und 28 praktisch auf Null
zurück, während sie in den übrigen Einzelleitungen 24, 25, 27 und 29 unverändert bleibt. Es ist ersichtlich, daß
somit infolge der gitterförmigen Anordnung der Einzelleitungen nicht nur das Vorhandensein einer
Kaltstelle, sondern auch ihre Lage festgestellt werden kann.
F i g. 3 zeigt eine zusammengesetzte Rohrleitung, die ein Halbrundprofil hat und aus elektrisch nicht
leitendem Werkstoff besteht. Es sind zwei nebeneinander liegende Kanäle 51 und 52 vorgesehen, die durch
eine Wand 53 voneinander getrennt sind. Jeder Kanal 51 und 52 weist eine rechtwinklig zur Trennwand 53
verlaufende zweite Wand 54 bzw. 55 auf, die in Kälteübertragungskontakt zum zu überwachenden
Kälteisoliersystem angeordnet wird. Die beiden Kanäle 51 und 52 sind außer an ihren zweiten Wänden 54 und 55
von einem Isolierkanal 56 umgeben, der während des Betriebs mit Luft 57 oder einem anderen Isoliertnittel
gefüllt ist. Die beiden Kanäle 51 und 52 enthalten zwei verschiedene Ionen leitende Medien 58 und 59.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines Behälters durch Feststellen
einer Kaltstelle in einer Behälterwand mittels einer Rohrleitung, die in Kälteübertragungskontakt zum
Isoliersystem angeordnet und mit einem Ionen leitenden Medium gefüllt ist, das durch die infolge
des Schadens zugeführte Kälte erstarrt und dessen elektrische Leitfähigkeit sich durch den Erstarrungs- to
Vorgang ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (4) elektrisch nicht leitend ist
und an ihren Enden ein Paar von Elektroden (6, 7) aufweist, das einerseits mit dem Medium (5) zur
Messung einer elektrischen Leitfähigkeit in Kontakt steht und andererseits an eine Leitfähigkeits-Überwachungseinrichtung
(10) angeschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Elektroden (6, 7) aus verschiedenartigen Metallen bestehen, so daß ein
zwischen ihnen fließender elektrischer Strom erzeugt werden kann.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung in mehrere
Einzelleitungen (24 bis 29) aufgeteilt ist, die voneinander getrennt sind und jeweils eigene Paare
von Elektroden (31 bis 42) aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzellaitungen (24 bis 29)
gitterförmig in sich rechtwinklig kreuzenden Sätzen (24,25,26 und 27,28,29) angeordnet sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die i-eitfähigkeits-Überwachungseinrichtung
(10) nacheinander die Leitfähigkeit der Medien (30) in jeder Ei7~:elleitung (24 bis 29)
oder in jedem Satz (24, 25, 26 und 27, 28, 29) von Einzelleitungen überwacht
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Medien (30) in den
Einzelleitungen (24 bis 29) sich bezüglich ihres Erstarrungspunktes und der Temperaturabhängigkeit
ihrer Leitfähigkeit unterscheiden.
■ 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (4)
bzw. die Einzelleitungen (24 bis 29) jeweils zwei getrennte, nebeneinander liegende Kanäle (51 und
52) für zwei verschiedene Medien aufweisen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kanäle (51 und 52) an einer Seite an Kälteübergangsfiächen (54, 55) und an der anderen SJ
Seite an einem mit Luft gefüllten Isolierkanal (56) angrenzen.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (4)
bzw. die Einzelleitungen (24 bis 29) zwischen den äußeren Schichten des Kälteisoliersystems (2, 22)
oder auf der Außenfläche des das Isoliersystem umschließenden Behälters angeordnet sind.
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