DE2654574B2 - Sicherheitseinrichtung an Flüssigkeitsbehältern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung an Flüssigkeitsbehältern, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs !,nach Palent 22 62 099.

Gemäß dem Hauplpatent soll der Trennboden unabhängig von der jeweiligen Behälterfüllung möglichst keiner oder höchstens einer geringen Belastung ausgesetzt sein, d. h. zwischen den auf den Trennboden ί wirkenden hydrostatischen Drücken der Behälterfüllung und vom Gasraum ausgehenden Gegendrücken sollen möglichst geringe Differenzdrücke herrschen.

Es ist nicht auszuschließen, daß insbesondere bei Großraumbehältern der beschriebenen Art spätestens lu 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 unveränderter, gleichmäßig auf ij den Trennboden wirkender Gasdruck entgegenwirkt. 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 Trennbo-2(i dens bestimmt, setzt voraus, daß der Trennboden horizontal verläuft, was bei einer einseitigen Fundamentsetzung nicht zutrifft. Der Erfindung iiegt daher die Aufgabe zugrunde, die Sicherheitseinrichtung nach dem Hauptpatent so weiter auszubilden, daß auch bei einer ->> ungleichmäßigen Bodensetzung die Voraussetzungen für eine Anzeige einer Leckage nicht nur im Behälterboden, sou dem auch im Trennboden und/oder für eine Abwendung von deren Folgen gegeben sind.

Die erfindungEgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im J» Anspruch 1 gekennzeichnet.

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 Flüssigkeil 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 Flüssigkeitsfiillung ist. Damit sind die hydrostatischen Drücke der Bchältcrfüllung bis /ti dem '■" von der Flüssigkeit im Gasraum sich einstellenden Niveau annähernd ausgeglichen.

Die restliche Entlastung tritt dadurch ein, daß der brück im verbleibenden Gasraum nicht nur auf den Teil des Trennbodens einwirkt, der im flüssigkeitsfreien ■"' Raum des ursprünglichen Gasraums Iiegt, sondern auch auf ilen die Flüssigkeit begrenzenden Teil des Trennbodens.

Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung ^M) wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Eh zeigt

Fig. I Teilquerschnitte eines ungleichmäßig abgesenkten Behälters,

F i g. 2 die Abwicklung des unteren Teils einer ^M Behälterwandhälfte, wobei der Gasraum keine Flüssigkeit enthält,

Fig. 3 dieselbe Abwicklung mit einer teilweisen Flüssigkeitsfüllung im Gasraum und

Fig.4 u. 5 Kontrollgeräte zur Umstellung und Überwachung des Gasdrucks in Abhängigkeit der jeweiligen Behälterfüllung und zum Anzeigen ungleicher Bodensenkungen.

Gemäß F i g. I besteht der Behälter aus dem Boden I₁ der Behälterwand 2, dem Behälterdach 3 und dem Trennboden 4, der den Flüssigkeitsraum F von dem Gasraum C trennt. Bei ungleicher Senkung des Behälters neieen sich der Behälterboden 1 und der Trennboden 4 wie in F i g. 1 schematisch angedeutet ist. In der Praxis bilden die beiden Böden 1 und 4 aus hersiellungstechnischen Gründen keine ebenen Flächen und besitzen daher auch bei einer Senkung keine konstante Neigung, waü für die vorliegenden Ausführungen ohne wesentliche Bedeutung ist. Im Falle einer ungleichmäßigen Senkung des Behälters berührt die in den Gasrrum C eingefüllte Flüssigkeit Fi 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 einge^r;illte Flüssigkeit F\ in Richtung des nicht abgesenkten Behälterte^:-"s 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 K_n und das Kontrollgerät Ka 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 oder Kontrollgeräte K₁, und K* 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 Meßstcllen der Leitungen 7 entsprechenden Gasdrücke in die Kammern 6 übertragen. Die Leitungen 7 enden unmittelbar am Trennboden 4 und sind so verlegt, da^ sie den Bewegungen des Tren.n.bcdens 4 folgen können. Die Kammern 5 und 6 der Kontrollgeräte K₁, und Kt sind über die Leitungen 9 unter Zwischenschaltung von Drosselventilen 10 und 11 an einen nicht dargestellten Drtickgasgeber angeschlossen. Um den Trennboden 4 unabhängig von der Behälterfüllung eine'· immer gleichbleibenden Belastung auszusetzen, muß der Druck im Gasraum G den jeweiligen Füllhöhen H des Flüssigkeiisbehälicrs so angepaßt werden, daß dieser dem hydrostatischen Druck der Bchällerflüssigkeit unter Berücksichtigung des Eigengewichts des Trennbodens 4 annähernd entspricht und damit auch bei kleinsten Leckagen am Trennbodcn 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 h„ im Kontrollgerät K„ immer den maximalen Wert beibehält. Etwaige zugeführtc überschüssige Gasmengen entweichen durch die Kammer 5 und die Leitung 7 durch die Behältcrfiillung in die Atmosphäre. Bei einer Vergrößerung der Füllhöhe // 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 K₁, und Ka und die Meßflüssigkeilsmenge festgelegte maximale Cnidruck in der Kammer 6 erreicht ist. Bei einem dichten Behälter wird eine Gaszufuhr über das Drosselventil 10 nur notwendig wenn die Füllhöhe //steigt. Da hierfür eine Füllpumpe erforderlich ist, kann diese das Drosselventil i0 automatisch steuern. Weist der Behälterboden 1 und

Ί damit auch der Trennboden 4 eine horizontale Lage auf, dann ist in allen Kontrollgeräten K der Wert der Flüssigkeitssäule /!,,gleich groß.Tritt eine ungleichmäßige Absenkung des Behälters ein, dann ändern sich in den einzelnen Kontrollgeräten die Λ,,-Werte, wie im

in Zusammenhang mit F i g. 2 später 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

Γ) hydrostatischen Druck stehenden Meßleitungen 7 von Behälterflüssigkeit freizuhalten. Es ist angebracht, in einer um den Behälter geführten, schematisch durch die Linie 12 angedeuteten Ringleitung die Kammern 6 sämtlicher am Flüssigkeitsbehälter angeordneter Kontrollgeräte K zusammenzufassen. Pie Meßleitungen 7 können auch durch die Behälterwand 2 unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils gefünrt werden. Die Wirkungsweise der Kontrollgeräte K wird in F i g. 2 erläutert, welche die Abwicklung des unteren War.dhälf-

>■■, teteils des Flüssigkeitsbehälters schematisch darstellt. In den Gasraum G ist noch keine Flüssigkeit eingelassen, so daß dort nur der im Kontrollgerät K₁, durch die Menge der Meßflüssigkeit eingestellte Gasdruck G wirksam ist. Auf der abgewickelten Wandhälfte sind die

«ι Kontrollgeräte K₁, bis Ka auf den Umfang verteilt angeordnet. Es wird angenommen, daß der Flüssigkeitsbehälter sich einseitig gleichmäßig abgesenkt hat. In dem Kontrollgerät K₁* das an der Senkung nicht teilnimmt, entspricht der Gasdruck in der Kammer 6

r> dem hydrostatischen Druck der Behälterfüllhöhe // zuzüglich des Eigengewichts des Trennbodens 4. das durch die Flüssigkeitssäule h„ erfaßt wird. In dem Kontrollgerät K\ herrscht ein größerer hydrostatischer Druck (H + h\) χ γ infolge der Senkung des Trennbo-

·" dens 4 um die Höhe der Flüssigkeitssäule h\. Im Kontrollgerät K\ wird daher trotz des gleichbleibenden Gasdrucks G in der Kammer 6 die Flüssigkeitssäule von h„ auf h„ — h\ verringert, wobei unterstellt wird, daß die Wichten der Behällerflüssigkeit und der Kontrollgerä-

'> teflüssigkcit gleich sind. Da h„ χ -/das E'gengcv. icht des Trennbodens 4 darstelli. wirkt dieses wenigstens teilweise noch so lange, wie die Absenkung h kleiner ist als h,> Sinngemäß gilt für alle Kontrollgeräte Av, daß der Gasdruck in den Kammern 6 immer dem im

ο Kontrollgerät K„ eingestellten entspricht. Das Eigengewicht des Trennbodens 4 verändert sich ebenfalls nicht, während die hydrostatischen Drücke sich um uie Größen h\ ... hs verändern. Im abgesenkten Behälterteil i.;t iiaher die Grundforderung des Hauptpatentes:

r> Gasdruck annähernd gleich dem hydrostatischen Druck der Behältcrfiillung unter Berücksichtigung des Eigengewichts des Trennbodens 4 nur noch teilweise erfüllt, so lange nämlich die h-Werte kleiner als h„ sind. Wird diese Differenz gHch Null, dann bedeutet dies, daß das

ι» Eigengewicht des Trennbodens 4 durch die Zunahme des hydrostatischen Drucks der Behälterfüllung um beispielsweise die Größe /?2 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 Kontrolleeräten K< und Kx werden die· Werte

//ι und lh größer »Is lh. d. h. die Differenz />,, — lh bzw. /),, — Λ< wird negativ. Dieser Zustand wird in den Kontrollgeräten durch die Umkehrung der FÜissigkeitssäulen angezeigt. In den Kammern 5 fallen die l'lüssigkeitssäulen. während sie in den Kammern 6 steigen. Die negativen Werte der Differenzen h„ — It₁ bzw. h„ — Iu hätten zur Folge, daß beim Auftreten einer Leckage in diesem Bereich des Trennbodens 4 Behällerflüssigkeit in den Gasraum G eintritt, dem nicht durch Erhöhen des Gasdrucks entgegengearbeitet werden könnte.

Bei einer ungleichmäßigen Senkung wird der Gasraum (! teilweise mit einer die l.'mwelt nicht gefährdenden Flüssigkeit aufgefüllt. Di:· Auswirkungen dieser Maßnahme werden anhand von I·" i g. 3 erläutert. In den (iasraum G wird so viel Flüssigkeit F₁ eingefüllt, daß der Flüssigkeitsspiegel den Trennhoden 4 bis /um Punki Λ berührt. Die Anzeigen in den Kontrollgeräten A,,- K] und K; ändern sich dabei gegenüber den der Fig. 2 niciii. weii der Gasdruck auf de' tinier seile ties Trennbodens 4 in dem verbleibenden G jsraum G keine Änderung erfährt. Bei den Kontrollgeräten Α.Ί und K> tritt gegenüber der Ii g. 2 eine Änderung ein. und zwar /eigen diese beiden Kontrollgeräte den gleichen Meßflüssigkeitssland wie bei A,'>. Dies wird dadurch bewirkt, daß durch die llüssigkcitsmcnge F₁ bei K J zusätzlich ein Auftrieb eintritt, der gleich der Höhendifferenz (Iu - Λ:) x ";' ist. Bei Ki beträgt dieser Auftrieb (Iu — /):) χ ;■'. An allen Stellen des von der Flüssigkeit F benetzten Trennbodens 4 wird durch diesen Auftrieb der Flüssigkeit I] der größer werdend.' hydrostatische Druck der Behälterflüssigkeit /■' z. B. bei A₁ (H + Iu) χ y bis auf den Wert (H + Λ..) χ γ ausgeglichen. Da aber, wie oben angeführt. h_: = h,, ist. h„ χ ·· jedoch dem Eigengewicht des Trennbcdens entspricht, sind in den Kontrollgeräten ab /G die Mcßflüssigkeitsständc in den Kammern 5 und 6 gleich. Durch die teilweise Auffüllung des Gasraumc¹· G mit der Flüssigkeit /Ί wird daher der durch die einseitige Senkung des Trennbodens 4 eingetretene erhöhte hydrostatische Druck der Behälterfülliirg unterhalb von Punkt Λ ab aufgehoben. Im Punkt A stehen die von oben und '.inten wirkenden Kräfte im Gleichgewicht, das hai den Nachteil, daß bei Auftreten einer Leckage in der von der Flüssigkeit berührten Trennbodenfläche Behälterflüssigkeit in den Gasraum G austreten kann. Dies kann verhindert werden, wenn als zusätzliche Gegenkraft der Auftrieb der Flüllflüssigkeit Fi durch Erhöhen des Flüssigkeitsspiegels um Λ, vergrößert wird, so daß die Horizontale nicht mehr von A. sondern von B ausgeht. Infolgedessen wird in den Kontrollgeräten K;... Ki ein geringer Überdruck von h, χ ν angezeigt.

Zur Kontrolle der einzuleitenden Fliissigkeitsmenge 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 Verbindur \z stehen, so daß beim Auffüllen des Gasraumes G mit der Flüssigkeit Fi ihr jeweiliger Stand bei mindestens einem der

I lüssigkeitsstandanzeigcr 13 feststellbar ist. Wie obc ausgeführt, ist jedem Kontrollgerät K ein Flüssigkeit* Standanzeiger 1.3 zugeordnet, so daß jede örtlich Absenkung außer der Anzeige im entsprechende Kontrollgerät auch dort erkennbar ist. Der Gasraum C wird zweckmäßig bei Verwendung einer frostcmpfindli chen Flüssigkeit I] mit einer Heizung versehen.

Bisher wurden mit der Behälterwand fest verbunden Trennböden behandelt. Bei Verwendung von bcwegli chcn Tassen als Trennboden, z. Z. gemäß F i g. 3 de 1 lauplpatentes. sind obige Überlegungen ohne weitere .inwendbar.

In dem llauptpaieni wurde die Einstellung de Druckes im Gasraum G in Abhängigkeit des hydrostali sehen Druckes der jeweiligen Behällerfüllung mittel eines Tauchrohres durchgeführt. In ilen I i g. 4 und · sind /weckmäßige Ausführungen der Kontrollgeräte A dargestellt, die keiner zusätzlichen Taucheinrichlunf bedürfen. In I i g. 4 besieht das Kontrollgerät A.' au einem zweckmäßig /yimcierrörmigcn Behälter mi einem oberen und unteren Abschluß, der durch die Trennwand 14 in die gasdichten Kammern 5 und f aufgeteilt ist. In die Kammer 5 wird über die Leitung / der auf den Trennboden 4 wirkende hydrostatisch Druck der Behällerfüllung /und in die Kammer b übe die Leitung 8 der Druck von Gasraum G übertragen. Ar die Gasräume der Kammern 5 und 6 wird unter Zwischenschaltung der Drosselventile IO und 11 dii Druckg. Mcitung 9 angeschlossen. Die Menge dci Meßflüssigkeit im Kontrollgerät A.' ist so groß zi wählen, daß die Differenz h der Flüssigkeitsständc ir den beiden Kammern annähernd dem Eigengewicht de: verwendeten Trennbodens 4 ensj/richt. Die Qucrschnit te der Kammern 5 und β werden zweckmäßigerweise gleich groß gewählt, um den gleichen Maßstab für beide Kammern verwenden zu können. Die Überwachung dci Kontrollgeräte wird erleichtert, wenn sie aus einen durchsichtigen Material hergestellt werden.

In F i g. 5 wird für das Ko;itro!'::erä·. A' anstelle de; Trennwand !4 ein konzentrisch /uir. zvliod-üfönnigei Gehäuse des Kontrollgerätes A,' angeordneter Inncnzy linder 15 verwendet, der mit der oberen Abdeckung gasdicht verbunden ist. wobei der Durchmesse'" dieses Innenzylinders 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. Im Ausführungsbeispiel 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 angebracht, 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Sicherheitseinrichtung an Flüssigkeitsbehältern, insbesondere an Großraumbehältern für Kohlenwasserstoffe oder andere umweltgefährdende Flüssigkeiten, zum Anzeigen einer Leckage und/oder Abwenden von deren Folgen am Behälterboden und im Randbereich zwischen letzterem und der Behälterwand, wobei ein den Bodenquerschnitt in Bodennähe gasdicht abschließender Trennboden vorgesehen ist, der zusammen mit dem Behälterboden einen von Behälterflüssigkeit freien, mit Gas gefüllten Raum bildet, wobei der meß- und/oder regelbare Gasdruck dem jeweiligen hydrostatischen Druck der Behälterflüssigkeit mindestens annähernd, z. B. unter Berücksichtigung des Eigengewichtes des Trennbodens entspricht, nach Patent 2262099, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht waagrecht verlaufendem Trennboden (4) der mit Gss gefüllte Gasraum (G) teilweise mit einer die Umwelt nicht gefährdenden Flüssigkeit /Fi) auffüllbar ist, wobei die in den Gasraum (C) einfüllbare Menge der Flüssigkeit (Fi) so bemessen ist, daß an allen Stellen der Unterseite des Trennbodens (4) sich ein Druckausgleich bzw. ein geringer Überdruck gegenüber dem jeweiligen hydrostatischen Druck dev Behälterfüllung im Flüssigkeitsraum ^einstellt.
2. 2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Behälterwand (2) Kontrolleinrichtungen (K, K₁, bis K*) vorgesehen sind, die üoer, im oder am Behälter verlegte Leitungen (7, 8) mit Jen je* eiligen Meßstellen auf dem Trennboden (4) b^w mit dem Gasraum (G) in Verbindung stehen und unter .-hiedliche Behältersetzungen schon beim flüssigkeitsfreien Gasraum (G^anzeigen.
3. 3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinrichtungen (K, K₁, bis Ka) derart gestaltet sind, daß sie den jeweiligen Differenzdruck zwischen dem auf den Trennboden wirkenden hydrostatischen Druck der Behälterfüllung im Flüssigkeitsraum (F) und dem im Gasraum (G) anzeigen und diesen Differenzdruck in einer gewünschten Höhe begrenzen, wobei Änderungen dieses Differenzdruckes durch geeignete Alarmeinrichtungen anzeigbar sind.
4. 4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kontrollcinrichtungen (K, K₁, bis /C₄) aus einem zylindrischen Behälter besteht, der durch eine mit dem oberen Abschluß des Behälters gasdicht verbundene Trennwand (!4) oder durch einen Innenzylinder (15) zwei querschniitsgleiche Teile des Behälters entstehen läßt, und das untere Ende der Trennwand (14) oder des Innen/ylindcrs (15) einen hinreichenden Abstand vom Behälterboden aufweist, und die gebildeten Querschnitte so bemessen sind, daß die durch die Flüssigkeit abzuführenden überschüssigen Gasmcngcn die Meßablesungcn infolge zu hoher Strömungsgeschwindigkeit nicht ungünstig beeinträchtigen.