DE2415326C2 - Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines Behälters - Google Patents

Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines Behälters

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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)

Patentansprüche:
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.
DE2415326A 1972-10-04 1974-03-29 Vorrichtung zum Nachweis eines Schadens am Kälteisoliersystem eines Behälters Expired DE2415326C2 (de)

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