DE2461689A1

DE2461689A1 - Verfahren und anordnung zur messung des stroms eines stroemenden mediums und/oder zur durchfuehrung einer steuerung in abhaengigkeit vom stroemenden medium

Info

Publication number: DE2461689A1
Application number: DE19742461689
Authority: DE
Inventors: Joram Alresford Agar
Original assignee: AGAR INSTR
Current assignee: AGAR INSTR
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-27
Publication date: 1975-07-10
Also published as: GB1463507A; CA1020371A; JPS50117458A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. E'Wkickmann,

Dipl.-Ing. K. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr.K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

9 L R 1 R R 9

8 MÜNCHEN 86, DEN £ *♦ O I U O 3

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

J. AGJ&R INSTRUMENTATION LIMITED, Prospekt Road, New Farm Industrial Estate, Alresford, Hampshire,

England

Verfahren und Anordnung zur Messung des Stroms eines strömenden Mediums und/oder zur Durchführung einer Steuerung in Abhängigkeit vom strömenden Medium

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums und/ oder zur Durchführung einer Steuerung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit.

Speziell handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um die Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Abgasen ("Abfackelgas"), v/elche durch eine Abgas-Rohrleitung

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einer ölraffinerei oder einer anderen petrochemischen Anlage strömen. Derartige Abgase werden an der Spitze einer Abfackeleinrichtung abgefackelt. Um die Erzeugung von schwarzem Rauch und anderen Verunreinigungen so gering wie möglich zu halten, ist es bekannt geworden, in die Abgase ein anderes Gas oder einen Dampf, beispielsweise Wasserdampf, einströmen zu lassen, um eine vollständige Verbrennung an der Abfackeleinrichtung sicherzustellen. Um jedoch eine derartige vollständige Verbrennung zu gewährleisten, ist es offensichtlich notwendig, die genaue stöchiometrische Menge eines derartigen Dampfes zuzuführen. Damit wird wiederum die genaue Messung der Strömung der Abgase erforderlich.

In der Praxis hat es sich jedoch als extrem schwierig erwiesen, den Strom von Abgasen zu messen. Der Strom kann nämlich beträchtlich, beispielsweise von 136 kg/h im Normallauf einer Anlage bis zu 136 ooo kg/h in einem Katastrophenfall variieren. Das letztere· ist der Fall, wenn der Gesaratinhalt der Anlage auf der Ausgangsseite als Abgas abzublasen ist. Darüber hinaus kann sich die tatsächliche Zusammensetzung der Abgase sehr stark ändern. Die Abgase können sich beispielsweise primär aus Wasserstoff oder andererseits auch aus sehr verschiedenartigen Hycrocarbonaten im Falle von schweren Heizölen zusammensetzen. Schließlich können die Abgase auch Wachspartikel und Feststoffe enthalten, so daß sie sehr schmutzig sind.

Mit Anordnungen zur Messung eines derartigen Stroms oder zur Durchführung einer Steuerung als Funktion eines derartigen Stroms muß es daher möglich sein, verschiedenartige Strömungen, beispielsweise mit einer Lineargeschwindigkeit von o,3o48 m/sec bis 3o,4 8 m/sec zu messen.

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Es ist daher inpraktikabel, eine rotierende Anordnung, wie beispielsweise ein Turbinenmessgerät zu verwenden, ,da ein derartiges Gerät bei großen Strömungsgeschwindigkeiten zerstört wird, wenn es kleine Strömungsgeschwindigkeiten zufriedenstellend messen soll. Darüber hinaus können derartige rotierende Anordnungen bei ■ ■ schmutzigen Gasen nicht zufriedenstellend arbeiten.

In Katastrophenfällen muß das gesamte Abgas ohne Verzögerung an der Spitze einer Abfaekeleinrichtung abgefackelt werden. Daher dürfen Meßanordnungen den Abgasstrom praktisch nicht bremsen, um einen Druckaufbau zu vermeiden, welcher zur Explosion führen kann. Es ist daher nicht möglich, den Gasstrom durch Anordnungen wie beispielsweise Meßblenden, zu messen.

Da weiterhin das Ausgangssignal der Anordnung nicht von der Gaszusammensetzung abhängen darf, ist es unpraktisch/ eine Anordnung, beispielsweise in Form- eines "Heißdraht"-Anemometers zu verwenden, da eine derartige Anordnung durch Schmutz und durch die Gaszusammensetzung beeinflußt wird. Beispielsweise ist der Kühlungseffekt von Wasserstoff bei einem derartigen "Heißdraht"-Anemometer nahezu zehnmal größer als derjenige einiger anderer Gase.

Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile ist eine Anordnung zur Messung des Stroms eines strömenden Mediums und/ oder zur Durchführung einer Steuerung in Abhängigkeit vom strömenden Medium mit einer Rohrleitung für das strömende iiedium, dessen Strömungsgeschwindigkeit sich ändern kann, und mit einer Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des durch die Rohrleitung strömenden Mediums erfindungsgemäß durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

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eine mit der Rohrleitung kommunizierende Kammer, die aus dem strömenden Medium in der Rohrleitung einen nicht mehr strömenden (stagnierenden) Teil aufnimmt, ein in der Rohrleitung und ein in der Kammer angeordnetes elektrisches Widerstandselement, deren Widerstandswerte sich in vorgegebener Weise mit der Temperatur ändern, und eine über eine elektrische Schaltung an die Widerstandselemente angekoppelte Ausgangsstufe, deren Ausgangssignal eine Funktion von relativen elektrischen Parametern der Widerstandselemente und ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist.

Durch Ausnutzung des Verhältnisses der Spannungen an den elektrischen Widerstandselementen wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Unabhängigkeit von Änderungen der thermischen Leitfähigkeit von Gasen verbessert.

Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung kann die Frequenz des Ausgangssignals ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit sein. Dabei kann das in der Rohrleitung anordnete Widerstandselement zur Wirbelbildung in der Rohrleitung dienen, so daß sich sein elektrischer Parameter mit einer zur Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Frequenz ändert, wobei die Ausgangsstufe auf die Frequenz anspricht. In diesem Fall ist es zweckmäßig, das Verhältnis der Breite des in der Rohrleitung angeordneten Widerstandselementes zum Durchmesser der Rohrleitung im Bereich von 1:2 bis 1:4 liegt, und daß das in der Rohrleitung angeordnete Widerstandselement so geformt ist, daß es eine instabile Strömung in der Rohrleitung erzeugt. Andererseits kann auch die Größe des Ausgangssignals ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit sein.

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Die elektrische Schaltung kann vorzugsweise Elemente zur Konstanthaltung der Teperatur der Widerstandselemente enthalten,wobei die Parameter durch die relativen Po-■tentialdifferenzen an den Widerstandselementen gebildet werden.

Die elektrischen Widerstandselemente sind vorzugsweise in eine elektrische Brücke geschaltet, welche einen Teil der elektrischen Schaltung bildet. Auf diese Weise führt eine Änderung des Widerstandswertes eines Widerstandselementes vorzugsweise zu einer entsprechenden Änderung der EingangsSpannung für die entsprechende Brücke.

Die Widerstandselemente können durch einen Thermistor oder einen Platindraht gebildet werden.

Um sicherzustellen, daß das Ausgangssignal in einem linearen Zusammenhang mit der Strömungsgeschwindigkeit steht, können Linearisierungseinrichtungen vorgesehen werden.

Diese Linearisierungseinrichtungen können beispielsweise durch wenigstens eine Einschnürung der Rohrleitung und/ oder eines mit dieser kommunizierenden Durchlasses gebildet werden. Zur periodischen Einleitung eines Stroms eines reinigenden Mediums (beispielsweise Luft oder Wasserdampf) in die Rohrleitung und die Kammer kann eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen werden. In der Rohrleitung oder in einer Zuführungsleitung für diese Rohrleitung kann in Strömungs richtung vor den Widerstandselementen ein erstes Strömungsregelventil vorgesehen sein, wobei die Reinigungsvorrichtung durch ein Rohr gebildet wird, durch das das reinigende Medium strömt. In diesem Rohr ist dabei ein

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zweites Strömungsregelventil vorgesehen, wobei das erste Strömungsregelventil periodisch schließbar und das zweite Strömungsregelventil zu öffnen ist.

Die Rohrleitung kann in einer Sonde vorgesehen sein, oder- direkt oder indirekt einleitend mit der Sonde kommunizieren, welche in ein Gasrohr einführbar ist. Wenn die Sonde im Gasrohr steht, so bildet die Rohrleitung vorzugsweise einen Teil eines Nebenschlusses, welcher Gas aus dem Gasrohr aufnimmt und es zu diesem zurückführt.

Die Sonde kann mit einem Schmutzleitblech versehen sein, um die Menge des Schmutzes zu reduzieren, welcher aus dem Gasrohr in die Sonde gezogen wird.

Das Leitblech kann durch eine auf der Sonde montierte Ummantelung gebildet werden.

Weiterhin kann die Sonde mit der Rohrleitung über eine Schmutz- und Wasserfalle kommunizieren. Diese Falle weist vorzugsweise eine Einrichtung auf, durch die verhindert wird, daß Schmutz und Wasser in ihr über einen vorgegebenen Pegel steigen können.

Zur Messung der Dichte des durch die Rohrleitung strömenden Mediums kann ein Dichtemesser vorgesehen werden.

Weiterhin kann ein Massenströmungsmesser vorhanden sein, um den Massestrom des Mediums durch die Rohrleitung zu messen, wobei dieser Massenströmungsmesser durch Signale von der Ausgangsstufe und vom Dichtemesser gesteuert werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung ist bei einem Verfahren

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zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums und/oder zur Durchführung einer Steuerung in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit vorgesehen, daß ein ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit darstellendes elektrisches Signal erzeugt wird, das eine Funktion von relativen elektrischen Parametern von elektrischen Widerstandselementen ist, deren Widerstand sich, in vorgegebener Welse mit der Temperatür ändert, und von denen das eine in der Bohr leitung und das andere in einer,, einen nicht mehr strömenden (stagnierenden) Teil des Strömenden Mediums aufnehmenden Kammer angeordnet ist, und daß das elektrische Signal gemessen und/oder zur Durchführung der Steuerung verwendet wird. Die Rohrleitung kann dabei eine Abgasleitung einer Ölraffinerie· oder einer chemischen Anlage sein oder Abgas aus solphen Anlagen aufnehmen. Die Abgas-Rohrleitung kann dabei zu einer Abfackeleinrichtung führen, an deren Spitze Dampf in das Abgas eingeleitet wird. Die eingeleitete Dampfmenge ist dabei proportional sowohl zum Massenstrom als auch zum Molekulargewicht des Abgases. .

In der Abfackeleinrichtung kann ein Ringzerstäuber vorgesehen sein, dem der Dampf zugeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schaltbild-Darstellung einer Anordnung gemäß der Erfindung; .

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teils der Anordnung nach Fig. 1 in teilweise weggebrochener Darstellung;

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Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Anordnung nach Fig. 1; "

Fig. 4 eine Schaltbild-Darstellung einer anderen Ausführnngsform der Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine halbgeschnittene Seitenansicht einer in einer Anordnung gemäß der Erfindung verwendbaren Sonde;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausfuhrungsform einer in einer erfindungsgemäßen Anordnung verwendbaren Sonde;

Fig. 7 eine Endansicht der Sonde nach Fig. 6;

Fig. 8 einen Aufriß einer Anordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 9 einen Aufriß einer Modifikation der Anordnung nach Fig. 8; und

Fig.io eine Schaltbild-Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In der Anordnung nach Fig. 1 ist ein Gasrohr 1o, beispielsweise einer Ölraffinerie vorgesehen, durch das Abgase ("Brenngas") in Richtung eines Pfeiles 11 strömt. In dieses Gasrohr To erstreckt sich eine Sonde12. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist die Darstellung so gewählt, daß sich die Sonde 12 über einen wesentlichen Teil des Gasrohres 1o erstreckt; in der Praxis erstreckt sich die Sonde jedoch nur soweit in das Gasrohr hinein, daß sichergestellt ist, daß sie durch laminare Strömungen an der Wandung des Gasrohres 1o unbeeinflußt bleibt. Das Vorhandensein

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der Sonde 12 führt daher zu keiner merklichen Einschnürung des Gasrohres 1o.

Die Sonde 12 besitzt eine speziell gestaltete Einlaßöffnung 13 und eine speziell gestaltete Auslaßöffnung 14, welche stromaufwärts und stromabwärts zum Gasrohr 1o geöffnet sind und unter jedem gewünschten Winkel zum Strom im Rohr geneigt sein können. Aufgrund der Druckdifferenz an der Einlaßöffnung 13 und der Auslaßöffnung 14 ergibt sich ein kontinuierlicher Abgasstrom vom Gasrohr 1o durch die Einlaßöffnung 13, durch eine (nicht dargestellte) Führung in -, der Sonde 12 und sodann durch ein Zuleitungsrohr 15 zu einer Rohrleitung 16 (Fig. 2} in einem Strömungssensor 17. Das durch den Strömungssensor 17 strömende Gas tritt durch eine Leitung 2o und einen Strömungsformer 21 in eine Leitung 22 ein, wobei das Gas von der Leitung 22 durch eine (nicht dargestellte) Führung in der Probe 12 und sodann durch die Auslaßöffnung 14 in die Gasleitung 1o strömt. Die Führung in der Sonde 12, die Leitung 15, die Rohrleitung 16 und die Leitungen 2o und 22 bilden zusammen einen Nebenschluß für eine Probe des Abgasstromes, welche der Gasleitung 1o entnommen und in diese zurückgeleitet wird. Die Leitungen 15 und 2o sind darüber hinaus durch einen Durchlaß 23 miteinander verbunden, welcher einen Nebenschluß für den Strömungssensor bildet und in den ein Strömungsformer 24 eingeschaltet ist. Die Strömungsformer 21 und 24 besitzen einige Einschnürungen, welche zusammen mit der Gestalt der anderen Teile des Nebenschlusses sowie mit weiteren, noch zu beschreibenden Komponenten sicherstellen, daß sich das angezeigte Ausgangssignal des Strömungssensors 17 linear mit Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit der Abgase in der Gasleitung 1o ändert.

Wie Fig."2 zeigt, sind im Strömungssensor 17 zwei Thermisto-

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ren (oder Platindrähte) 25 und 26 vorgesehen. Der Thermistor 25 ist ein Strömungsthermistor, welcher in der Rohrleitung 16 derart montiert ist, daß er auf die Strömung der in dieser strömenden Abgase (und natürlich auch auf die Temperatur Und die Zusammensetzung dieser Gase)anspricht. Der Thermistor 26 ist ein Refferenzthermistor, welcher in einer Kammer 3o montiert ist, die mit der Rohrleitung derart kommuniziert, daß sie aus dieser einen stagnierenden Anteil an Abgasen aufnimmt. Der Refferenzthermistor 26 wird also durch die Temperatur und die Zusammensetzung der Abgase in der Kammer 3o beeinflußt, wobei diese Gase zu jedem Zeitpunkt identisch mit den gleichzeitig durch die Rohrleitung 16 strömenden Abgase sind. Der Refferenzthermistor 26 wird jedoch nicht durch die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase beeinflußt. Die Thermistoren 25 und 26 besitzen einen elektrischen Widerstand, welcher beträchtlich abnimmt, wenn die Temperatur über einen vorgegebenen Wert steigt. Die elektrischen Parameter der Thermistoren 25 und 26 sind identisch. Bei den Thermistoren 25 und 26 handelt es sich also um Elemente, welche bei kleinen Stromwerten, bei denen die Wärmeverlustleistung nicht ausreicht, um die Temperatur zu ändern, dem ohmschen Gesetz gehorchen. Steigt jedoch der Strom und die innere Wärmeverlustleistung an, so beginnt der Widerstand der Thermistoren zu fallen.

Wird der Strömungsthermistor 25 in eine elektrische Schaltung eingeschaltet, so hängt die durch diesen Strömungsthermistor verbrauchte Wärme und damit sein Widerstand nicht nur von der Temperatur und der Zusammensetzung, der durch die Rohrleitung 16 strömenden Gase, sondern auch vom Kühlungs- (oder Heiz-)Effekt ab, welcher durch die Strömungsgeschwindigkeit der Abgase hervorgerufen wird, und sich mit dieserändert. Im Gegensatz dazu hängt die durch den Refferenzthyristor 26 verbrauchte Wärme und damit dessen

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Widerstand nicht von der Strömungsgeschiwndigkeit/ sondern nur von der Temperatur und der Zusammensetzung der Abgase ab. Durch Vergleich der Widerstandswerte der Thermistoren 25 und 26 oder entsprechender elektrischer Parameter, wie beispielsweise der an den Thermistoren stehenden Spannungen oder der durch sie fließenden Ströme kann also ein Meßwert gewonnen werden, welcher proportional zur Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung 16 ist.

Ein Dampfzuführungsrohr 31 kommuniziert über Verzweigungsdurchlässe 32 und 33 mit der Rohrleitung 16 und der Kammer 3o sowie den in diesen vorgesehenen Thermistoren 25 und Dem Dampfzuführungsrohr 31 wird periodisch unter hohem Druck stehender Dampf zugeführt, um eine periodische Reinigung der Kammer 3o, der Rohrleitung. 16 und der Thermistoren 25 und 26 zu gewährleisten, wobei der Dampf schließlich in das Gasrohr 1o abgeblasen wird.

Gemäß Fig. 1 ist im Dampfzuführungsrohr 31 ein Magnetventil 34 vorgesehen, das einen bestimmten Abstand vom Strömungssensor 17 besitzt. Dieses Magnetventil 34 kann im Bedarfsfall jedoch auch an der Verbindungsstelle der Verzweigungsdurchlässe 32 und 33 sowie des Dampfzuführungsrohres 31 vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß Abgase aus der Gasrohrleitung 16 nicht durch den Verbindungsdurchlass 33 und die Kammer 3o strömen können. Gemäß einer anderen Ausführungsform können im Bedarfsfall auch getrennte Magnetventile in den Verzweigungsdurchlässen 32 und 3 3 vorgesehen werden.

In der Sonde 12 ist in Strömungsrichtung vor den Thermistoren 25 und 26 ein Magnetventil 35 vorgesehen, wobei die Anordnung so getorffen ist,daß das Magnetventil 35 offen ist, wenn das Magnetventil 34 geschlossen ist und daß das

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Magnetventil 35 geschlossen ist, wenn das Magnetventil 34 offen ist. Das Magnetventil 34 wird durch Steuerung mittels einer Zeittaktstufe 36 geöffnet und geschlossen, während das Magnetventil 35 durch Steuerung mittels einer Zeittaktstufe 37 geöffnet und geschlossen wird.

Das elektrische Ausgangssignal des Strömungssensors 17 wird über eine elektrische Schaltung (4o) (in Fig* 3 im einzelnen dargestellt) in ein Ausgangsanzeigegerät 41 (beispielsweise ein Meßinstrumente oder Meßinstrumente) eingespeist.

Eine Zeittaktstufe 42 stellt sicher, daß das durch das Ausgangsanzeigegerät 41 angezeigte Ausgangssignal bei der letzten Ablesung für eine vorgegebene Zeitdauer konstant gehalten wird, wenn die Anordnung durch Dampf gereinigt wird.

Gemäß Fig.3 ist der Strömungsthermistor 25 zusammen mit einer ein Sicherheitselement darstellenden Ze-ner-Diode 43 in einen Zweig einer elektrischen Brücke 44 eingeschaltet, In den weiteren Zweigen der Brücke 44 liegen feste Widerstände 45, und 47, deren Widerstand gleich dem kombinierten Widerstand des Strömungsthermistors und der Zener-Diode 4 3 ist, wenn der Strömungsthermistor 25 bei einer vorgegebenenTemperatur betrieben v/ird. Wenn die Brücke 4 4 abgeglichen ist, d.h. wenn der Strömungsthermistor 25 auf dem vorgegebenen Temperaturwert arbeitet, sind Spannungen V ' und V₃ ¹ an-Punkten 5o und 51 der Brücke 44 gleich. Die Punkte 5o und 51 sind an die positive bzw. negative Klemme eines Differenzverstärkers 52 angeschaltet, dessen Eingang nicht dargestellt ist. Das Ausgangssignal dieses DifferenzVerstärkers 52 wird an einem Punkt 53 auf einer Leitung 53 abgenommen, welche an einen

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Punkt 55 der Brücke 44 angekoppelt ist. Nimmt der Widerstand des Strömungsthermistors 25 als Ergebnis einer Reduzirung oder Vergrößerung der Temperatur ab, oder zu, so wird die Ausgangsspannung an den Punkten 53 und 55 derart reduziert oder vergrößert, daß die Temperatur des Strömungsthermistors 25 praktisch konstant bleibt. Eine Änderung der Wärmeverlustleistung im Ströniungsthermistors 25 als Folge einer Änderung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Temperatur oder der Zusammensetzung der Abgase führt daher zu einer Änderung der Eingangsspannung der Brücke 44.

Entsprechend ist der Referenzthermistor 26 zusammen mit einer, ein Sicherheitselement darstellenden Zenerdiode 56 in einem Zweig einer elektrischen Brücke 57 eingeschaltet. In den weiteren Zweigen dieser,Brücke 57 liegen Festwiderstände 6o und 61 sowie ein Variabler Widerstand 62. Wenn die Brücke 57 abgeglichen ist, was der Fall ist, wenn der Referenzthermistor 26 bei einer vorgegebenen Temperatur betrieben wird, so sind Spannungen V' und V " an Punkten 63 und 64 der Brücke 57 gleich. Die Punkte 63 und 64 liegen an der positiven bzw. der negativen Klemme eines Differenzverstärkers 65, dessen Eingang nicht dargestellt ist und dessen Ausgangssignal an einem Punkt 66 auf einer Leitung 67 abgenommen wird, welche mit einem Punkt 68 der Brücke 57 verbunden ist. Wie im Fall der Brücke 44 wird auch der Referenzthermistor 26 auf einer konstanten Temperatur gehalten, wobei jede Änderung der Wärmeverlustleistung im Referenzthermistor 26 aufgrund einer Änderung der Temperatur oder Zusammensetzung der Abgase zu einer Spannungsänderung an den Punkten 66 und 68 führt.

In der Leitung 67 liegt ein variabler Widerstand 7o, dessen

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Schleifer über einenwiderstand 71 an einen Differenzverstärker 72 angekoppelt ist. Die Leitung 54 enthält variable Widerstände 73 und 74, wobei der Schleifer des variablen Widerstandes 74 am Differenzverstärker 72 liegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 72 wird in einen Linearisierungskreis 75 und sodann über einen Verstärker 76 in das Ausgangsanzeigegerät eingespeist. Jede Änderung der Strömungsgeschwindigkeit in der Rohrleitung 16 führt daher zu einer linearen Änderung der Anzeige am Ausgangsanzeigegerät 41.

Eine der Klemmen des Verstärkers 72 liegt weiterhin über die Zeittakt-Stufe 42 an einem Motor oder einem Relais 81, der bzw. das an den variablen Widerstand 74 und an ein einen Teil des Ausgangsanzeigegerätes 41 bildendes Meßinstrument angekoppeltist. Während der Dampfreinigung zeigt das Meßinstrument die Ablesung der letzten Messung der Strömungsgeschwindigkeit kontinuierlich an.

In der Schaltung 4o nach Fig. 3 ist für die Tatsache Sorge getragen,, daß die Thermistoren 25 und 26 lediglich einen stabilen Arbeitspunkt besitzen und daß sie bei Einschaltung der Schaltung 4o während der anfänglichen Aufheizperiode in diesem Arbeitspunkt arbeiten.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 76 muß nicht im Anzeigegerät 41 angezeigt werden. Statt dessen kann es auch in ein Strömungsregelventil (nicht dargestellt) eingespeist werden, das die Menge des Dampfes oder einer anderen Flüssigkeit steuert, welche mit dem Abgas aus der Gasleitung 1o gemischt werden soll. Die Gasleitung kann beispeilsweise zu einer (nicht dargestellten) Abfackeleinrichtung führen, an deren Spitze Dampf in das Abgas eingeleitet wird, wobei die Menge des eingeleiteten Dampfes durch das Strömungsregelventil derart gesteuert wird, daß sie proportional sowohl

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zum Massenfluß als auch zum Molekulargewicht des Abgases ist. '

Der Strömungsthermistor 25 kann so gestaltet sein, daß er instabile Strömungsbedingungen in der Rohrleitung 16 hervorruft. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Gestalt handeln, wie sie in dem Buch "Engineering hydraulics", J.Wily, 1. Ausgabe, 195o, beschrieben ist. Wird darüber hinaus ein bestimmtes Verhältnis zwischen Durchmesser der Rohrleitung 16 und der Größe des Strömungsthermistors 25 gewählt, so ergibt sich in einem großen Strömungsgeschwindigkeitsbereich eine von Karman-Verwirbelung mit konstanter Strohal-Zahl. Das Verhältnis von Breite des Strömungsthermistors 25 zu Durchmesser der Rohrleitung 16 soll dabei im Bereich von 1:2 bis 1:4 liegen und vorzugsweise gleich 1:3 sein. Das Ausgangssignal des Strömungsthermistors 25 ändert sich dabei linear mit der Frequenz der Verwirbelung, wobei dieses sich änderende Ausgangssignal zu vergleichbaren Zwekken auf ein (nicht dargestelltes) Meßinstrument des Ausgangsanzeigegerätes .41 gegeben werden kann.

Die vorbeschriebene Anordnung kann so ausgelegt werden, daß mit ihreine Abgasströmung im Gasrohr 1o gemessen werden kann, deren Strömungsgeschwindigkeit sich beispielsweise, im Bereich von o,3o48 m/sec bis 3o,4 8 m/sec und darüber. ändert'. Die Messung wird dabei praktisch nicht durch Differenzen der Wärmeleitfähigkeit des Gases und der spezifischen Wärme beeinflußt, da die notwendige Kompensation für diese Parameter durch den Referenzthermistor 26 gewährleistet. Die Sonde 12 muß sich nicht sehr weit in die Gasleitung 1o hineinerstrecken, so daß sie praktisch keine Einschnürung für den Abgasstrom bildet. Das Ausgangssignal am Ausgangsanzeigegerät 41 kann in einfacher V/eise in eine lineare Beziehung zur Strömungsgeschwin-

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digkeit gebracht werden/ so daß es ohne Schwierigkeiten in eine Steueranordnung eingespeist werdenkann. Die An ordnung kann in langen Zeiträumen mit schmutzigen Gasen betrieben werden, da die Rohrleitung 16 und die Kanuner 3o mit Dampf gereinigt werden, und da keine sich bewegenden Teile vorhanden sind.

In Fig. 4 ist eine Anordnung dargestellt, welche generell der Anordnung nach Fig. 1 entspricht. Diese Anordnung , bei welcher Teile, die in der Anordnung nach Fig. 1 enthalten sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, wird daher nicht detailliert beschrieben.

Die Anordnung nach Fig. 4 eignet sich für reinere Gase, während die Anordnung nach Fig. T bei schmutzigeren Gasen verwendbar ist.

In der Anordnung nach Fig. 4 ist eine Sonde 83 mit einer durch sie verlaufenden Leitung 84' für die Abgase versehen, wobei sich auch das Dampfzuführungsrohr 31 durch die Sonde 83 erstreckt. In der Leitung 84 ist ein (in Fig. 4 nicht dargestellter) Strömungsthermistor 25 angeordnet, während in einer Kammer 85 ein (in Fig. 4 nicht dargestellter) Referenzthermistor 26 angeordnet ist. Die Kammer 85 kommuniziert mit der Leitung 84, so daß sie stagnierendes Abgas aus dieser Leitung aufnimmt. Bei der Anordnung nach Fig. ist im Gegensatz zur Anordnung nach Fig. 1 kein Webenschluß für den Abgasstrom vorhanden.'

Die Leitung 84 kann speziell geformt sein, so daß sie beispielsweise eine Längskrümmung besitzt.

Da der Strömungsthormistor'25 und der -leferenzthyristor

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an der Spitze der Sonde 83 montiert sind, ist die Bestimmung des ätrömungsprofils in der Gasleitung 1o dadurch möglich, daß die Probe 83 quer durch die Gasleitung 1o geführt wird.

Wird die erfindungsgemäße Anordnung in einem Rohr mit sehr kleiner Bohrung verwendet, so können mehrere Sonden 12 und 83 in Tandemform miteinander verbunden werden, so daß die Messung sehr kleiner Volumenströmungen möglich ist.

Fig. 5 zeigt eine Sonde 9o, welche anstelle der Sonde 12 nach Fig. 1 verwendbar ist.

Diese Sonde 9o besitzt ein Zuführungsrohr 91, das zu einem dem Strömungssensor 17 nach Fig. 1 entsprechenden Strömungssensor führt. Die Sonde 9o besitzt weiterhin eine Ausgangsleitung 92, welche das durch den Strömungssensor gegangene strömende Medium aufnimmt. Die Probe 9o erstreckt sich zu einem wesentlichen Teil durch die Gasleitung 1o nach Fig. 1, so daß die Zuführungsleitung 91 Gas aus dem Gasrohr aufnimmt, während die Ausgangsleitung 92 Gas in die Gasleitung 1o zurückführt. .

Die Sonde 9o besitzt einen Sondenkörper 93, in dem die Leitungen 91 und 92 montiert sind und der einen Abschnitt 94 mit reduziertem Durchmesser aufweist, in dem eine Ummanetlung 95 montiert ist. Diese Ummantelung 95 wird durch ein Metallblech gebildet, das durch einen ringförmigen Raum 96 von den Leitungen 91 und 92 getrennt ist. Die Ummantelung 95 besitzt zwei axial im Abstand voneinander befindliche Öffnungen 97, welche in Achsrichtung auf sich gegenüberliegenden Seiten einer Einlaßöffnung 1oo im Einlaßrohr 91 liegen. Die Öffnungen 97 sind in radialer Richtung zu nicht mit öffnungen versehenen Teilen des Einlaßrohres

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ausgerichtet. Daher wird Gas, das aus dem Gasrohr 1o durch die Öffnungen 97 und damit durch die Einlaßöffnung 1oo in das Einlaßrohr 91 strömt, rechtwinklig abgelenkt, wie dies durch Pfeile 1o1 angedeutet ist. Ruß oder anderer Schmutz im strömendem Medium im Gasrohr 1o kann daher nicht in die Sonde eintreten* da auch der Raum 96 als Schmutzfalle wirkt.

Entsprechend besitzt das Auslaßrohr 92eine Auslaßöffnung 1o2, wobei die Ummantelung 95 ebenfalls ein Paar von Öffnungen 1o3 besitzt, welche entsprechend auf axial sich gegenüberliegenden Seiten der Auslaßöffnung 1o2 angeordnet sind.

Die Ummantelung 95 wirkt also als Schmutzleitblech, das die aus dem Gasrohr 1o in die Probe 9o gezogene Menge an Schmutz reduziert. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführungsform einer Sonde 1o4, deren Sondenkörper 1o5 ein Zuführungsrohr 1o6 und ein Auslaßrohr 1o7 aufweist. Das Zuführungsrohr 1o6 besitzt ein radial verlaufendes Einlaßende 11o, während das Auslaßrohr to 7 ein radial verlaufendes Auslaßende 111 besitzt, das in radialer Richtung zum Einlaßende 11o ausgerichtet ist.

Auf der Sonde 1o4 ist eine Ummantelung 112 derart montiert, daß sie über das Einlaßende .11p und das Auslaßende 111 verläuft. Diese Ummantelung 112 besitzt sich daiametral gegenüberliegende Teile, welche mit der Sonde 114 Strömungskanäle 113 und 114 bilden, die ihrerseits mit dem Gasrohr 11o kommunizieren. Das Gas aus dem Gasrohr 1ο kann durch den Strömungskanal 113 eintreten und nach Umleitung unter einem rechten Winkel in das Einlaßende 11o strömen, während Gas vom Auslaßende 111 nach Umlenkung unter einem rechten Winkel durch den Kanal 114 in das Gasrohr 1o zurückströmen kann. Die Ummantelung 112 wird somit ebenfalls als Schmutzleitblech verwendet.

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Im Bedarfsfälle können die Teile der ummantelung 112 auf sich diametral gegenüberliegenden Seiten der Sonde 1o4 anstelle einer rechteckigen Gestalt auch eine konische ' oder eine parabolische Gestalt besitzen.

Fig. 8 zeigt eine Anordnung mit einer Sonde 115,-welche : sich unter einem rechten Winkel in das Gasrohr 1o erstreckt. In dieser Probe 115 ist eine Leitung 116 vorgesehen-, deren (nicht dargestelltes) Einlaßende mit dem Gasrohr 1o kommuniziert und aus diesem Gas aufnimmt. Das Auslaßende der Leitung 116 erstreckt sich in eine Kondensatiorisfalle 117/ welche so weit als möglich Ruß und anderen Schmutz sowie Wasser aus dem Gas entfernt.

Die Falle 117, in deren Innerem ein Rußleitblech 12o vorgesehen ist, kommuniziert mit· einem U-förmigem überlaufsumpf 121, welcher seinerseits über eine Öffnung 123 mit einem Rohr 122 kommuniziert, das zu'einem am Boden einer Abfackeleinrichtung angeordneten Behälter 123 verläuft.. Der Behälter 123 stellt sicher, daß Flüssigkeit am Boden des Sumpfs 121. unter Atmosphäremdruck steht und daß daher der Inhalt der Falle 117 nicht einfach in den Behälter 123 gehoben wird. Durch die Anordnung Wird also verhindert, daß Schmutz und Wasser, der bzw. das sieh in der Falle 117 sammelt, über einen durch eine Linie 124 festgelegten .-. Pegel steigt.

Die Falle 117'kann im Bedarfsfälle darüber hinaus eine (nicht dar -esteilte) Einrichtung enthalten, um das durch sie strömende Gas durch eine Flüssigkeit sprudeln zu lassen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daßdas Aulaßende dor Leitung HS unter dem Pegel 124 liegt.

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Weiterhin kann die Falle 117 aus porösem Material hergestellt sein, um eine Verdampfungskühlung der in ihr befindlichen Flüssigkeit bzw. des in ihr befindlichen Schlammes zu gewährleisten.

Die Flüssigkeit bzw. der Schlamm, welche sich im Behälter .123 sammeln, kann zu Analysezwecke periodisch entnommen werden.

In der Falle 17o ist oberhalb des Pegels 124 eine Leitung 125 vorgesehen, welche zu einem Dichtemesser 126 verläuft. Ein Beispielstyp für einen derartigen Dichtemesser ist in der britischen Patentschrift 1 175 586 beschrieben. Gas, das diesen Dichtemesser 126 durchströmt, strömt durch eine Leitung 127 zu einem Strömungssensor 13o, welcher dem Strömungssensor 17 nach Fig. 1 entspricht. Gas, das durch den Strömungssensor 13o gegangenist, gelangt zu einer Ausgangsleitung 13o, die zur Sonde 115 verläuft. Dieses Gas tritt durch das Auslaßende der Ausgangsleitung 13o aus und strömt somit in das Gasrohr 1o zurück.

Der Strömungssensor 13o ist zur Abstrahlung von Wärme mit Kühlrippen 132 versehen.

Der Dichtemesser 126 und der Strömungsmesser 13o sind mit einem (nicht dargestellten) Massenströmungsmesser verbunden, welcher die Menge des Dampfes steuert, der (durch eine nicht dargestellte Einrichtung) in das Rohr 1o eingebracht wird. Damit können beispielsweise Kohlenwasserstoffe im Abgas in Methan und Wasserstoff aufgespalten werden, welche beim Abbrennen keinen schwarzen Rauch bilden.

Der Massestrom, das spezifische Gewicht und die Dichte des Gases können durch Meßgeräte 128 angezeigt v/erden.

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Bei nichtvorhandenem Sumpf. 121 kann.das Rohr 122 gemäß Fig. 119 zur Falle 117 verlaufen, wobei der Gasstrom von der Falle 117 zum Rohr 122 durch ein Kugelventil 133 gesteuert werden kann.

Fig. Io zeigt eine Anordnung mit einer Sonde 134, welche sich in eine Brenngasleitung 1o hineinerstreckt. Gas aus der Gasleitung 1o strömt durch die Sonde 134 und durch eine Leitung 135 zu einem Dichtemesser 136, wie er beispielsweise in der britischen Patentschrift 1 175 586 beschrieben ist. Sodann strömt das Gas zu einem Strömungssensor 137, welcher dem Strömungssensor 17 entspricht. Das durch den Strömurigssensor 137 fegangene Gas wird über eine Ausgangsleitung zur Sonde 134 und somit.zum Gasrohr 1o zurückgeführte

Der Dichtemesser 136 ist über Zener-Elemente 141 mit einem Massenstromungsrechner 142 verbunden, während der Strpmungssensor 137 über Zener-Elemente 143 mit dem Massenstromungsrechner 142 verbunden ist. Die Bezeichnungen der verwschiedenen Klemmen des Massenströmungsrechners 142 nach,Fig. bedeuten u.a. folgendes: die Bezeichnung "Rätenmessung" bezeichnet den der Massenströmungsrate proportionalen Äusgangsstrom.. Die Bezeichnung "analog" bezeichnet den der Volumenströmungsrate proportionalen Äusgangsstrom, während die Bezeichnung "Frequenz" den der VolumehstrÖmungsrate. proportionalen Ausgangsstrom bezeichnet.

Das Ausgangssignal des Massenströmungsrechners 142 wird , in ein Aufzeichnungs- und Steuergerät eingespeist., das ein Dampfregelventil 145 in einem Dampfrohr 146 steuert* Weiterhin nimmt das Aufzeichnungs- und Steuergerät 144 Signale von einer Differenzdruckzelle 147 auf, welche den Differonzdruck an einem Widerstand 148 in. der Dampfleitung 146 mißt* üie Dampfleitung 146 kommuniziert mit

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einem Ringzerstäuber 149, welcher an der Spitze einer Äbfackeleiririchtung 15o montiert ist.

Der Massenströmungsrechner 142 stellt sicher,, daß das Dampfregelventil 146 so geöffnet und geschlossen wird, daß der Abfackeleinrichtung 15o eine stöchiometrische Dampfmenge zugeführt wird, welche oben genannte chemische Aufspaltung gewährleistet.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Anordnung zur Messung des Stroms eines strömenden Mediums und/oder zur Durchführung einer Regelung in Abhängigkeit vom strömenden Medium mit einer Rohrleitung für das strömende Medium, dessen Strömungsgeschwindigkeit sich ändern kann, und mit einer Einrichtung zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit des durch die Rohrleitung strömenden Mediums, gekennzeichnet durch eine mit der Rohrleitung (16) kommunizierende Kammer (3o), die aus dem strömenden Medium in der Rohrleitung (16) einen nicht mehr strömenden (stagnierenden) Teil aufnimmt, ein in der Rohrleitung (16) und ein in der Kammer (3o) angeordnetes elektrisches Widerstandselement (25 bzw. 26), deren Widerstandswerte sich in vorgegebener Weise mit der Temperatur ändern, und durch eine über eine elektrische Schaltung (42) an die Widerstandselemente (25, 26) angekoppelte Ausgangsstufe (41), deren Ausgangssignal eine Funktion von relativen elektrischen Parametern der Widerstandselemente (25, 26) und ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ausgangssignals ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Rohrleitung (16) angeordnete Widerständselement (25) zur Wirbelbildung in der Rohrleitung dient, so daß sich sein elektrischer Parameter mit einer

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zur Strömungsgeschwindigkeit proportionalen Frequenz ändert, und daß die Ausgangsstufe (41) auf·die Frequenz anspricht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite des

in der Rohrleitung (16) angeordneten Widerstandselementes (25) zum Durchmesser der Rohrleitung (16) im Bereich von 1:2 bis 1:4 liegt, und daß das in der Rohrleitung (16) angeordnete Widerstandselement (25) so geformt ist, daß eine instabile Strömung in der Rohrleitung (16) erzeugt wird.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Ausgangssignals ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Schaltung Elemente (44, 45) zur Konstanthaltung der Temperatur
der Widerstandselemente (25, 26) aufweist, und daß die Parameter durch die relativen Potentialdifferenzen an den Widerstandselementen (25, 26) gebildet sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandselemente (25, 26) in jeweils eine elektrische Brückenschaltung (44, 47) eingeschaltet sind, welche einen Teil der elektrischen Schaltung (4o) bilden.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Änderung der Widerstandswerte der Widerstandselemente (25, 26) einer entsprechenden Änderung der Eingangsspannung der Brückenschaltungen (44, 57) entspricht.

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9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch . gekennzeichnet, daß die Widerstandselemerite (25/ 26)' durch Thermistoren gebildet sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Lineärisierungskreis (75) , welcher einen linearen Zusammenhang zwischen dem Ausgangssighal und der Strömungsgeschwindigkeit gewährleistet.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche T bis 1o, gekennzeichnet durch- wenigstens eine der Linearisierung dienende Einschnürung der Rohrleitung (16) und/oder eines mit dieser kommunizierenden Kanals (21, 24). -¹

"12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis^: 11, gekennzeichnet durch eine Reinigungseinrichtung (31) zur periodischen Einfühung eines Reinigungsmediumsstroms in die Rohrleitung (16) und die Kammer (3o).

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in "der-Rohrleitung (16) oder in einem zu diesem führenden Zuleituhgsrohr in Strömungsrichtung vor den Widerstandselementen (25,26) ein Strömungsregelventil (35) vorgesehen ist, daß die Reinigungseinrichtung ein Rohr (31) für das Reinigungsmediuia aufweist, daß in dem Rohr für das Reiniguhgsmedium (31) ein Strömungsregelventil (34) vorgesehen- ist, und daß eine Einrichtung (36, 37) zur periodischen Schließung des in der Rohrleitung (16) angeordneten StrömungsVentils (35) und Öffnung des imRohr (31) vorgesehenen Strömungsregelventils (34) dient.

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14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine in ein Gasrohr (1o) einführbare Sonde (12) vorgesehen ist, welche sich in der Rohrleitung (16) befindetoder direkt oder indirekt mit dieser kommuniziert.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (16) bei in das Gasrohr (1o) eingeführter Sonde (12) wenigstens einen Teil eines Webenschlusses bildet, weicher Gas aus der Gasleitung (1o) aufnimmt und das Gas zu dieser zurückführt.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,' dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonde (9o) ein Schmutzleitblech (95) zur Reduzierung der aus dem Gasrohr (1o) in die Sonde gebrachten Schmutzes aufweist. '

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmutzleitblech durch eine auf der Sonde montierte Ummantelung (95) gebildet'ist.

18. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sonde (115) über eine Schmutz- und Wasserfalle (117) mit der Rohrleitung komrauniziert.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Falle (117) eine Einrichtung (121) aufweist, durch welche verhindert wird, daß Schmutz und Wasser über einen vorgegebenen Pegel steigt.

2o. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch einen Dichtemesser (126) zur Messung der Dichte des durch die Rohrleitung (125) strömenden iiediums.

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21. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2o, gekennzeichnet durch einen Massenströmungsmesser (142) zur Messung des durch die Rohrleitung strömenden Massestroms, welcher durch Ausgangssignale von der Ausgangsstufe und dem Dichtemesser gesteuert ist.

22. Verfahren zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines durch eine Rohrleitung strömenden Mediums und/ oder zur Durchführung einer Steuerung in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit, dadurch gekennzeichnet, das ein ein Maß für die Strömungsgeschwindigkeit darstellendes elektrisches Signal erzeugt wird, das eine Funktion von relativen elektrischen Parametern von elektrischen ,Widerstandselementen (25 _r 26) ist, deren Widerstand sich in vorgegebener Weise mit der Temperatur ändert, und von denen das eine in der Rohrleitung (16) und das andere in einer, einen nicht mehr strömenden (stagnierenden) Teil des strömenden Mediums aufnehmenden Kammer (3o) angeordnet ifet, und daß das elektrische Signal gemessen und/oder zur Durchführung der Steuerung verwendet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (16) als Abgasleitung für eine Ölraffinerie oder eine chemische Anlage verwendet wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas zu einer Abfackeleinrichtung geführt wird, an deren Spitze Dampf in das Abgas eingeleitet wird, wobei die eingeleitete Dampfmenge proportional sowohl zum Massenstrom als auch zum Molekulargewicht des Abgases ist.

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25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf einem in der Abfackeleinrichtung vorgesehenen Ringzerstäuber zugeführt wird.

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