-
Sicherheitseinrichtung an Flüssigkeitsbehältern
-
Zusatz zu Patent 2 262 099 Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung
an Fltissigkeif.sbehältern, insbesondere an Großraumbehältern für Kohlenwasserstoffe
oder andere umweltgefahrdende Flüssigkeiten, zum Anzeigen einer Leckage und/oder
Abwendung deren Folgen am Behälterboden und im Bereich zwischen letzterem d der
Behälterwand, wobei gemäß Patent 2 262 099 ein den Bodenquerschnitt in Bodennähe
gasdicht abschließender Trennboden vorgesehen ist, der zusammen mit dem Behälterboden
einen von Flüssigkeit freien, mit Gas gefüllten Raum bildet, wobei der in an sich
bekannter Weise meß- und/oder regelbare Gasdruck dem jeweiligen hydrostatischen
Druck der Behälterflüssigkeit mindestens annähernd, z.B. unter Berücksichtigung
des Eigengewichts des Trennbodens entspricht.
-
Es ist nicht auszuschließen, daß insbesondere bei Großraumbehaltern
der beschriebenen Art spätestens nach einiger Zeit eine ungleiche Fundamentsetzung
eintritt. Dann senkt sich mit dem Behälterboden auch der Trennboden, was zur Folge
hat, daß unterschiedliche hydrostatische Drücke auf dem Trennboden entstehen, denen
ein uneränderter, gleichmäßig auf den Trennboden wirkender Gasdruck entgegenwirkt
(s.Fig.1). Das im Hauptpatent benutzte Tauchrohr, das das Gleichgewicht zwischen
dem hydrostatischen Druck der Behälterfüllung und dem Druck im Gasraum, ggf.
-
unter Berücksichtigung des Eigengewichts des Trennbodens bestimmt,
setzt voraus, daß der Trennboden horizontal verläuft, was bei einer einseitigen
Fundamentsetzung nicht zutrifft. Um auch bei einer ungleichmäßigen Bodensetzung
die Voraussetzungen für eine Anzeige einer Leckage nicht nur im Behälterboden, sondern
auch im Trennboden und/oder Abwendung deren Folgen zu schaffen, wird gemäß der Erfindung
der mit Gas gefüllte flaum teilweise mit einer zweckmäßig die Umwelt nicht gefährdenden
Flüssigkeit aufgefüllt.
-
Gemäß dem Hauptpatent soll der Trennboden unabhängig von der jeweiligen
Behälterfüllung möglichst keiner oder höchstens einer geringen Belastung ausgesetzt
sein, d.h. zwischen den auf den Trennboden wirkenden hydrostatischen Drücken der
Behälterfüllung und vom Gasraum ausgehenden Gegendrücken sollen möglichst geringe
Differenzdrücke herrschen. Diese Bedingung wird bei de:j abgesenkten Teilflächen
des Trennbodens nicht mehr erfüllt, weil auf den abgesenkten Teilflächen des Trennbodens
ein höherer hydrostatischer Druck wirkt, dem kein größerer Gasdruck entgegenwirken
kann. Wird gemäß der Erfindung Flüssigkeit in einer solchen Menge in den Gasraum
eingeführt, daß mindestens die abgesenkten Teilflächen des Trennbodens die Flüssigkeit
berühren, dann entstehen an diesen Teilflächen durch die eingefüllte Flüssigkeit
zusätzliche Auftriebskräfte, die den größeren hydrostatischen Drücken entgegenwirken.
Diese zusätzlichen Auftriebskräfte entstehen wie folgt: Die in den Gasraum eingefüllte
Flüssigkeit füllt ihn in einem solchen Maß, daß die abgesenkten Teile des Trennbodens
auf der Flüssigkeit aufliegen. Der von Flüssigkeit freie Raum des Gasraums wird
durch die horizontal verlaufende Oberfläche der Flüssigkeit begrenzt. Auf alle tiefer
als diese Horizontale liegenden Teile des Trennbodens wirkt daher auf seiner Unterseite
ein hydrostatischer Druck und zwar um so stärker, je größer der Abstand der gesenkten
Fläche des Trennbodens von der Horizontalen der Flüssigkeitsfüllung ist. Damit sind
die hydrostatischen Drücke der Behälterfüllung bis zu dem von der Flüssigkeit im.Gasraum
sich einstellenden Niveau annähernd ausgeglichen.
-
Die restliche Entlastung tritt dadurch ein, daß der Druck im verbleibenden
Gasraum nicht nur auf den Teil des Trennbodens einwirkt, der im flüssigkeitsfreien
Raum des ursprünglichen Gasraums liegt, sondern auch auf den die Flüssigkeit begrenzenden
Teil des Trennbodens.
-
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen und der folgenden
Beschreibung zu entnehmen.
-
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert: Es
zeigen: Fig. 1 Teilquerschnitte eines ungleichmäßig abgesenkten Behälters, Fig.
2 die Abwicklung des unteren Teils einer Behälterwandhälfte, dessen Gasraum keine
Flüssigkeit enthält, Fig. 3 dieselbe Abwicklung mit einer teilweisen Flüssigkeitsfüllung
im Gasraum und Fign. 4 u. 5 Vorrichtungen zur Einstellung und Uberwachung des Gasdrucks
in Abhängigkeit der jeweiligen Behälter füllung und zum Anzeigen ungleicher- Bodensenkungen.
-
Gemäß Fig. 1 besteht der Behälter aus dem Boden 1, dem Mantel 2, dem
Behälterdach 3 und dem Trennboden 4, der den Flüssigkeitsraum F von dem Gasraum
G trennt. Bei ungleicher Senkung des Behälters neigen sich der Behälterboden 1 und
der Trennboden 4 wie in Fig 1 schematisch angedeutet ist. In der Praxis bilden die
beiden Böden 1 und 4 aus herstellungstechnischen Gründen keine ebenen Flächen und
besitzen daher auch bei einer Senkung keine konstante Neigung, was für die vorliegenden
Ausführungen ohne wesentliche Bedeutung ist. Im Falle einer ungleichmäßigen Senkung
des Behälters berührt die in den Gasraum G eingefüllte Flüssigkeit F1 bei einer
angenommenen konstant verlaufenden Neigung des Trennbodens 4, letzteren bis zu einer
Linie, welche die Zeichnungsebene im Punkt A durchstößt. Von diesem Punkt A ab verläuft
die eingefüllte Flüssigkeit F1 in Richtung des nicht abgesenkten Behälterteils horizontal.
-
Durch diese Horizontale und dem von der Flüssigkeit nicht berührten
Trennbodenteil wird der verbleibende Gasraum G zusammen mit der Behälterwand 2 begrenzt.
-
Mit der Behälterwand 2 sind das Kontrollgerät Ko und das Kontrollgerät
K4 fest verbunden. Die Kontrollgeräte bestehen im wesentlichen aus zwei Kammern
5 und 6, die im unteren Teil nach Art eines Differenzmanometers über eine Flüssigkeitsfüllung
miteinander in Verbindung stehen. In die beiden Kammern 5 eder Kontrollgeräte Ko
und K4 werden über die Leitungen 7, die auf den Trennboden 4 wirkenden unterschiedlichen
hydrostatischen Drücke der Behälterfüllung
und über die Leitungen
8, die auf der Unterseite des Trennbodens 4 den Meßstellen der Leitungen 7 entsprechenden
Gas drücke in die Kammern 6 übertragen. Die Leitungen 7 enden unmittelbar am Trennboden
4 und sind so verlegt, daß sie den Bewegungen des Trennbodens 4 folgen können. Die
Druckgaskammern 5 und 6 der Kontrollgeräte Ko und K4 sind über die Leitungen 9 unter
Zwischenschaltung von Drosselventilen 10 und 11 an einen nicht dargestellten Druckgastgeber
angeschlossen. Um den Trennboden 4 unabhängig von der Behälterfüllung einer immer
gleichbleibenden Belastung auszusetzen, muß der Druck im Gasraum G den jeweiligen
Füllhöhen H des Flüssigkeitsbehälters so angepaßt werden, daß dieser dem hydrostatischen
Druck der Behälterflüssigkeit unter Berücksichtigung des Eigengewichts des Trennbodens
4 annähernd entspricht und damit auch bei kleinsten Leckagen am Trennboden 4 keine
Behälterflüssigkeit in den Gasraum austreten kann. Diese gewünschte Einstellung
des Gasdrucks wird dadurch erreicht, daß mittels des Drosselventils 10 nur so viel
Druckgas zugeführt wird, daß die Differenzanzeige ho im Kontrollgerät Ko immer den
maximalen Wert beibehält. Etwaige zugeführte überschüssige Gasmengen entweichen
durch die Kammer 5 und die Leitung 7 durch di ? P-hälterfiillung in die Atmosphäre.
-
Bei einer Vergrößerung der Füllhöhe H muß, da das Eigengewicht des
Trennbodens 4 gleich bleibt, über die Leitungen 9 eine entsprechende Druckgasmenge
zugeführt werden, bis der der jeweiligen Füllhöhe H entsprechende, durch die Trennwand
in den Kontrollgeräten K und die Meßflüssigkeitsmenge festgelegte maximale Gasdruck
in der Kammer 6 erreicht ist. Bei einem dichten Behälter wird eine Gaszufuhr über
das Drosselventil 10 nur notwendig, wenn die Füllhöhe H steigt. Da hierfür eine
Füllpumpe erforderlich ist, kann diese das Drosselventil 10 automatisch steuern.
Weist der Behälterboden 1 und damit auch der Trennboden 4 eine horizontale Lage
auf, dann ist in allen Kontrollgeräten K der Wert h0 gleich groß. Tritt eine ungleichmäßige
Absenkung des Behälters ein, dann ändern sich in den einzelnen Kontrollgeräten die
hO-Werte, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 sDäter erläutert wird. Die Drosselventile
11, die an die Kammern 5 der Kontrollgeräte K angeschlossen sind, haben die Aufgabe,
bei einer Absenkung des Trennbodens 4 durch eine
geringfügige Druckgaszugabe
die unter höherem hydrostatischen Druck stehenden Meßleitungen 7 von Behälterflüssigkeit
freizuhalten. Es ist zweckmäßig, in einer um den Behälter geführten schematisch
durch die Linie 12 angedeuteten Ringleitung die Kammern 6 sämtlicher am Flüssigkeitsbehälter
angebrachten Kontrollgeräte K zusammenzufassen. Die Meßleitungen 7 können auch durch
die Behälterwand 2 unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils geführt werden.
Die Wirkungsweise der vorgeschlagenen Kontrollgeräte K wird in Fig. 2 erläutert,
welche die Abwicklung des unteren Wandhälfteteils des Flüssigkeitsbehälters schematisch
darstellt. In den Gasraum G ist noch keine Flüssigkeit eingelassen, so daß dort
nur der im Kontrollgerät Ko durch die Menge der Meßflüssigkeit eingestellte Gasdruck
G wirksam ist.
-
Auf der abgewickelten Wandhälfte sind die Kontrollgeräte Ko bis K4
auf den Umfang verteilt angeordnet. Es wird angenommen, daß der Flüssigkeitsbehälter
sich einseitig gleichmäßig abgesenkt hat.
-
In dem Kontrollgerät Ko, das an der Senkung nicht teilnimmt, entspricht
der Gasdruck in der Kammer 6 dem hydrostatischen Druck der Behälterfülihöhe H zuzüglich
des Eigengewichts des Trennbodens 4, das durch die Meßflüssigkeitssäule h0 erfaßt
wird. In dem Kontrollgerät K1 herrscht ein größerer hydrostatischer Druck (H + h1)
x r infolge der Senkung des Trennbodens 4 um die Höhe h1. Im Kontrollgerät K1 wird
daher trotz des gleichbleibenden Gasdrucks G in der Kammer 6 die Differenz der Flüssigkeitsstände
von h0 auf ho-h1 verringert, wobei unterstellt wird, daß die Wichten der Behälterflüssigkeit
und der Kontrollgeräte gleich sind. Da ho xp das Eigengewicht des Trennbodens 4
darstellt, wirkt dieses wenigstens teilweise noch so lange, bis die Absenkung h
kleiner ist als ho. Sinngemäß gilt für alle Kontrollgeräte K, daß der Gasdruck in
den Kammern 6 immer dem im Kontrollgerät Ko eingestellten entspricht. Das Eigengewicht
des Trennbodens 4 verändert sich ebenfalls nicht, während die hydrostatischen Drücke
sich um die Größen h1 """" h4 verändern. Im abgesenkten Behälterteil ist daher die
Grundforderung des Hauptpatentes: Gasdruck annähernd gleich dem hydrostatischen
Druck der Behälterfüllung unter Berücksichtigung des Eigengewichts des Trennbodens
4 nur noch teilweise erfüllt, so lange nämlich die h-Werte kleiner als hQ sind.
Wird diese
Differenz gleich Null, dann bedeutet dies, daß das Eigengewicht
des Trennbodens 4 durch die Zunahme des hydrostatischen Drucks der Behälterfüllung
um die Größe h2 aufgehoben wird. Theoretisch kann bis zu diesem Punkt A bei einer
Leckage im Trennboden 4 keine Flüssigkeit in den Gasraum G eindringen. In dem Kontrollgerät
K2 ist dieser Zustand durch die gleiche Höhe der beiden Flüssigkeitssäulen in den
Kammern 5 und 6 ablesbar.
-
In den Kontrollgeräten K3 und K4 werden die Werte h3 und h4 größer
als h2, d.h. die Differenz ho-h3 bzw. ho-h4 wird negativ. Dieser Zustand wird in
den Kontrollgeräten durch die Umkehrung der Flüssigkeitssäulen angezeigt. In den
Kammern 5 fallen die Flüssigkeitssäulen, während sie in den Kammern 6 steigen. Die
negativen Werte der Differenzen h0-h3 bzw. h0-h4 hätten zur Folge, daß beim Auftreten
einer Leckage in diesem Bereich des Trennbodens 4 Behälterflüssigkeit in den Gasraum
G eintritt, dem nicht durch Erhöhen des Gasdrucks entgegengearbeitet werden könnte.
-
Bei einer ungleichmäßigen Senkung wird der Gasraum G teilweise mit
einer die Umwelt nicht gefährdenden Flüssigkeit aufgefüllt. Die Auswirkungen dieser
Maßnahme werden anhand von Fig.3 erläutert.
-
In den Garaum G wird so viel Flüssigkeit F1 eingefüllt, daß der Flüssigkeitsspiegel
den Trennboden 4 bis zum Punkt A berührt. Die Anzeigen in den Kontrollgeräten Ko,
K1 und K2 ändern sich dabei gegenüber den der Fig.2 nicht, weil der Gasdruck auf
der Unterseite des Trennbodens 4 in dem verbleibenden Gasraum G keine Änderung erfährt.
Bei den Kontrollgeräten K3 und K4 tritt gegenüber der Fig.2 eine Anderung ein und
zwar zeigen diese beiden Kontrollgeräte den gleichen Meßflüssigkeitsstand wie bei
K2. Dies wird dadurch bewirkt, daß durch die Flüssigkeitsmenge F1 bei K3 zusätzlich
ein Auftrieb eintritt, der gleich der Höhendifferenz (h3-h2) x 8 ist. Bei K4 beträgt
dieser Auftrieb (h4-h2) x t . An allen Stellen des von der Flüssigkeit F1 benetzten
Trennbodens 4 wird durch diesen Auftrieb der Flüssigkeit F1 der größer werdende
hydrostatische Druck der Behälterflüssigkeit F z.B. bei X3 (H+h3) x t bis auf den
Wert (H+h2) x t ausgeglichen. Da aber, wie oben ausgeführt, h2 = ho ist, ho x t
Jedoch dem Eigengewicht des Trennbodens entspricht, sind in den Kontrollgeräten
ab K2 die
Meßflüssigkeitsstände in den Kammern 5 und 6 gleich.
Durch die teilweise Auffüllung des Gasraumes G mit der Flüssigkeit F1 wird daher
der durch die einseitige Senkung des Trennbodens 4 eingetretene erhöhte hydrostatische
Druck der Behälterfüllung unterhalb von Punkt A ab aufgehoben. Im Punkt A stehen
die von oben und unten wirkenden Kräfte im Gleichgewicht, das hat den Nachteil,
daß bei Auftreten einer Leckage in der von der Fliissigkeit berührten Trennbodenfläche
Behälterflüssigkeit in den Gasraum G austreten kann. Dies kann verhindert werden,
wenn als zusätzliche Gegenkraft der Auftrieb der Füllflüssigkeit F1 durch Erhöhen
des Flüssigkeitsspiegels um hx vergrößert wird, so daß die Horizontale nicht mehr
von A, sondern von B ausgeht. Infolgedessen wird in den Kontrollgeräten K2 K4 ein
geringer Ueberdruck von hx x angezeigt.
-
Zur Kontrolle der einzuleitenden Flüssigkeitsmenge F1, im Fall einer
ungleichmäßigen Senkung des Behälters, sind mit jedem Kontrollgerät K Flüssigkeitsstandanzeiger
13 vorgesehen, die einerseits mit dem oberen Teil und andererseits mit dem unteren
Teil des ursprünglichen Gasraumes in Verbindung stehen, so daß beim Auffüllen -des
Gasraumes G mit der Flüssigkeit F1 ihr jeweiliger Stand bei mindestens einem der
Flüssigkeitsstandanzeiger 13 feststellbar ist. Wie oben ausgeführt, ist jedem Kontrollgerät
K ein Flüssigkeitsstandanzeiger 13 zugeordnet, sodaß Jede örtliche Absenkung außer
der Anzeige im entsprechenden Kontrollgerät auch dort erkennbar ist. Der Gasraum
G wird zweckmäßig bei Verwendung einer frostempfindlichen Flüssigkeit F1 mit einer
Heizung versehen.
-
Bisher wurden mit der Behälterwand fest verbundene Trennböden behandelt.
Bei Verwendung von beweglichen Tassen als Trennboden,z.Z.
-
gemäß Fig.3 des Hauptpatentes, sind obige Uberlegungen ohne weiteres
anwendbar.
-
In dem Hauptpatent wurde die Einstellung des Druckes im Gasraum G
in Abhängigkeit des hydrostatischen Druckes der Jeweiligen Behälterfüllung mittels
eines Tauchrohres durchgeführt. In den Fig. 4 und 5 sind zweckmäßige Ausführungen
der Kontrollgeräte K dargestellt, die keiner zusätzlichen Taucheinrichtung bedürfen.
In Fig.4 besteht das Kontrollgerät K aus einem zweckmäßig zylinderförmigen
Behälter
mit einem oberen und unteren Abschluß, der durch die Trennwand 14 in die gasdichten
Kammern 5 und 6 aufgeteilt ist.
-
In die Kammer 5 wird über die Leitung 7 der auf den Trennboden 4 wirkende
hydrostatische Druck der Behälterfüllung F und in die Kammer 6 über die Leitung
8 der Druck von Gasraum 6 übertragen.
-
An die Gasraum der Kammern 5 und C wird unter Zwischenschaltung der
Drosselventile 10 und 11 die Druckgasleitung 9 angeschlossen.
-
Die Menge der Meßflüssigkeit im Kontrollgerät K ist so groß zu wählen,
daß die Differenz h der Flüssigkeitsstände in den beiden Kammern annähernd dem Eigengewicht
des verwendeten Trennbodens 4 entspricht. Die Querschnitte der Kammern 5 und 6 werden
zweckmäßigerweise gleich groß gewählt, um den gleichen Maßstab für beide Kammern
verwenden zu können. Die Uberwachung der Kontrollgeräte wird erleichtert, wenn sie
aus einem durchsichtigen Material hergestellt werden.
-
In Fig.5 wird für das Kontrollgerät K anstelle der Trennwand 14 ein
konzentrisch zum zylinderförmigen Gehäuse des Kontrollgerätes K angeordnetes Rohr
15 verwendet, das mit der oberen Abdeckung gasdicht verbunden ist, wobei dem Durchmesser
dieses Rohres 15 zweckmäßigerweise so gewählt wird, daß die Querschnitte in den
Kammern 5 und 6 gleich groß sind. Die Flüssigkeitsstände bzw. deren Differenzen
in den Kammern 5 und 6 können mittels an sich bekannter optischer, elektronischer
oder dgl. Einrichtungen überwacht und zur Auslösung geeigneter Alarmsignale verwendet
werden. Zur Erläuterung der Erfindung wurde von einem Trennboden 4 ausgegangen,
der bei einer einseitigen Senkung des Behälters eine stetige Neigung aufweist. In
der Praxis sind insbesondere bei Behältern mit großen Durchmessern Absenkungen im
Bereich von Teilflächen möglich. Es ist daher zweckmäßig, über zusätzliche Leitungen,
die funktionsmäßig den Leitungen 7 entsprechen und wahlweise mit dem einen oder
anderen Kontrollgerät K anschließbar sind, unterschiedliche Bereiche des Trennbodens
zu überwachen.