DE2654574C3 - Sicherheitseinrichtung an Flüssigkeitsbehältern - Google Patents

Description

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

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.

Es ist nicht auszuschließen, daß insbesondere bei Großraumbehältern 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 unveränderter, gleichmäßig auf 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 Trennbodens bestimmt setzt voraus, daß der Trennboden horizontal verläuft was bei einer einseitigen Fundamentsetzung nicht zutrifft Der Erfindung Hegt 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, sondern auch im Trennboden und/oder für eine Abwendung von deren Folgen gegeben sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Ansprach 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 Flüssigkeit füllt ihn ir* einem solchen Maß, daß die abgesenkten Teile des Trtiinbodens 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 im Rahmen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 Teilquerschnitte eines ungleichmäßig abgesenkten Behälters,

Fig.2 die Abwicklung des unteren Teils einer Behälterwandhälfte, wobei der Gasraum keine Flüssigkeit enthält,

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

Fig,4 u, 5 Kontrollgeräte zur Einstellung und Überwachung des Gasdrucks in Abhängigkeit der jeweiligen Behälterföllung und zum Anzeigen ungleicher Bodensenkungen,

Gemäß F i g, I besteht der Behälter aus dem Boden 1, der Behälterwand 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 t und der Trennboden 4 wie in F i g. 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 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 eingefüllte Flüssigkeit F] 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 K₀ 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 K₀ und Ka, 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 Gasdrücke in die Kammern 6 übertragen. Die Leitungen 7 enden unmittelbar am Trennboden 4 und sind so verlegt, daß sie den Bewegungen des Trennbodens 4 w folgen können. Die Kammern 5 und 6 der Kontrollgeräte Ko und Ka sind über die Leitungen 9 unter Zwischenschaltung von Drosselventilen 10 und 11 an einen nicht dargestellten Druckgasgeber angeschlossen. Um den Trennboden 4 unabhängig von der Behälterfül- « lung 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, dnß mittels des Drosselventils 10 nur so viel Druckgas zugeführt wird, daß die Differenzanzei ge ho im Kontrollgerät K₀ immer den maximalen Wert beibehält Etwaige zugeführte überschüssige Gasmengen entweichen durch die Kammer 5 und die Leitung 7 durch die Behälterfüllung 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 Kontrollge- *ί raten K₀ und Ki, und die Meßflüssigkeitsmenge Festgelegte maximale Gadruck in der Kammer 6 erreicht ist. Bei einem dichten Behälter wird eine Gaszufuhr Pber das Drosselventil 10 nur notwendig, wenn die Füllhöhe //steigt, Da hierfür eine Föllpumpe erforderlich ist, kann diese das Drosselventil fO automatisch steuern. Weist der Behälterboden 1 und damit auch der Trennboden 4 eine horizontale Lage auf, dann ist in allen Kontrollgeräten K der Wert der Flüssigkeitssäule A₀ gleich groß. Tritt eine ungleichmäßige Absenkung des Behälters ein, dann ändern sich in den einzelnen Kontrollgeräten die A_o-Werte, wie im 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 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. Die Meßleitungen 7 können auch durch die Behälterwand;?, unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils geiüh-t werden. Die Wirkungsweise der 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 K₀ durch die Menge der Meßflüssigkeit eingestellte Gasdruck G wirksam ist Auf der abgewickelten Wandhälfte sind die Kontrollgeräte K₀ bis K₄ auf den Umfang verteilt angeordnet Es wird angenommen, daß der Flüssigkeitsbehälter sich einseitig gleichmäßig abgesenkt hat. In dem Kontrollgerät K₀, das an der Senkung nicht teilnimmt, entspricht der Gasdruck in der Kammer 6 dem hydrostatischen Druck der Behälterfüllhöhe H zuzüglich des Eigengewichts des Trennbodens 4, das durch die Flüssigkeitssäule h_o erfaßt wird. In dem Kontrollgerät K\ herrscht ein größerer hydrostatischer Druck (H + h\) χ γ infolge der Senkung des Truinbodens 4 um die Höhe der Flüssigkeitssäule h\. Im Kontrollgerät K\ wird daher trotz des gleichbleibenden Gasdrucks G in der Kammer 6 die Flüssigkeitssäule von lh auf ho — h_t verringert, wobei unterstellt wird, daß die Wichten der Behälterflüssigkeit und der Kontrollgeräteflüssigkeit gleich sind. Da h_o χ y das Eigengewicht des Trennbodens 4 darstellt, wirkt dieses wenigstens teilweise noch so lange, wie die Absenkung h kleiner ist als ho. Sinngemäß gilt für alle Kontrollgeräte K, daß der Gasdruck in den Kammern 6 immer dem im Kontrollgerät K₀ eingestellten entspricht. Das Eigengewicht des Trennbodens 4 verändert sich ebenfalls nicht, während die hydrostatischen Drücke sich um die Größen h\... Λ4 verändern. Im abgesenkten Behälterteil isf d.Viier 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 Λ-Werte kleiner als h_o sind. Wird diese Differenz gleich Null, dann bedeutet dies, daß das Eigengewicht des frennbodens 4 durch die Zunahme des hydrostatischen Drucks der Behälterfüllung um beispielsweise die Größe A₂ 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 Ki und K* werden die Werte

A₃ und A₄ größer als A₂, d. h. die Differenz A₀ -- A₃ bzw. A₀ — Λ4 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 A₀ — Aj bzw. A₀ — A₄ 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 F i g. 3 erläutert. In den Gasraum C wird so viel Flüssigkeit Fi eingefüllt, daß der Flüssigkeitsspiegel den Trennboden 4 bis zum Punkt A berührt. Die Anzeigen in den Kontrollgeräten Aw», K\ und Ki ändern sich dabei gegenüber den der F i g. 2 nicht, weil der Gasdruck auf der Unterseite des Trennbodens 4 in dem verbleibenden Gasraum G keine Änderung erfährt. Bei den Kontrollgeräten K₁ und Kt tritt gegenüber der F i g. 2 eine Änderung ein, und zwar zeigen diese beiden Kontrollgeräte den gleichen MeßflUssigkeitsstand wie bei K2. Dies wird dadurch bewirkt, daß durch die Flüssigkeitsmenge Fi bei K 3 zusätzlich ein Auftrieb eintritt, der gleich der Höhendifferenz (h) - hi) χ γ ist. Bei K* beträgt dieser Auftrieb (fa — Λ2) χ γ. An allen Stellen des von der Flüssigkeit F benetzten Trennbodens 4 wird durch diesen Auftrieb der Flüssigkeit Fi der größer werdende hydrostatische Druck der Behälterflüssigkeit F z. B. bei K₃ (H + hi) χ. γ bis auf den Wert (H + h₂) χ γ ausgeglichen. Da aber, wie oben angeführt, A₂ = h„ ist, h_o χ γ jedoch dem Eigengewicht des Trennbodens entspricht, sind in den Kontrollgeräten ab AG die Meßflüssigkeitsstände in den Kammern 5 und 6 gleich. Durch die teilweise Auffüllung des Gasraumes G mit der Flüssigkeit Fi 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 uiiicii wiikciiüeii Kräfte im Gleichgewicht, cias 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 h_x vergrößert wird, so daß die Horizontale nicht mehr von A, sondern von B ausgeht. Infolgedessen wird in den Kontrollgeräten Ki... Ka ein geringer Überdruck von h_x χ γ angezeigt

Zur Kontrolle der einzuleitenden Flüssigkeitsmenge Fi, 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 Fi ihr jeweiliger Stand bei mindestens einem der Flüssigkeitsstandanzeiger 13 feststellbar ist. Wie oben ausgeführt, ist jedem Kontrollgerät K ein Flüssigkeitsstandanzeiger 13 zugeordnet, so daß jede örtliche Absenkung außer der Anzeige im entsprechenden Kontrollgerät auch dort erkennbar ist. Der Gasraum G wird zweckmäßig bei Verwendung einer frostempfindlichen Flüssigkeit Fi 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 Überlegungen ohne weiteres anwendbar.

In dem Hauptpatent wurde die Einstellung des Druckes im Gasraum G in Abhängigkeit des hydrostatisehen Druckes der jeweiligen Behälterfüllung mittels eines Tauchrohres durchgeführt. In den Fig.4 und 5 sind zweckmäßige Ausführungen der Kontrollgeräte K dargestellt, die keiner zusätzlichen Taucheinrichiung bedürfen. In Fig. 4 besteht das Kontrollgerät K am 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 Fund in die Kammer 6 über die Leitung 8 der Druck von Gasraum G übertragen. An die Gairäume der Kammern 5 und 6 wird unter Zwischenschaltung der Drosselventile 10 und 11 die DruckgasVeitung 9 angeschlossen. Die Menge der

ίο Meßflüssigkeit im Kontrollgerät K ist so groß zu wählen, daß die Differenz A der Flüssigkeitsstände in den beiden Kammern annähernd dem Eigengewicht des verwendeten Trennbodens 4 enspricht. Die Querschnitte der Kammern 5 und 6 werden zweckmäßigerweise gleich groß gewählt, um den gleichen Maßstab für beide Kammern verwenden zu können. Die Überwachung 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 angeordneter Innenzylinder 15 verwendet, der mit der oberen Abdeckung gasdicht verbunden ist, wobei der Durchmesser 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, .!er 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)

Patentansprüche;

1. Sicherheitseinrichtung an Flüssigkeitsbehältern, insbesondere an Großraumbehältern fOr Kohlenwasserstoffe oder andere umweltgefährdende FIQssigkeiten, zum Anzeigen einer Leckage und/oder Abwenden von deren Folgen am Behälterboden und im Randbereich zwischen letzterem und der. Behälterwand, wobei ein den Bodenquerschratt 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 annä- '⁵ hemd, z.B. unter Berücksichtigung des Eigengewichtes des Trennbodens entspricht, nach Patent 2262099, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht waagrecht verlaufendem Trennboden (4) der mit Gas gefüllte Gasraum (G) teilweise mit einer die Umwelt nicht gefährdenden Flüssigkeit (F₁) äuffüHbar ist, wobei die in den Gasraum (G) einfüllbare Menge der Flüssigkeit (F\) so bemessen ist, daß an allen Stellen der Unterseite des Trennbodens (4) sich ein Druckausgleich bzw. ein geringer Oberdruck gegenüber dem jeweiligen hydrostatischen Druck der Behälterfüllung im Flüssigkeitsraum /7^>einsteIIt.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch I₁, dadurch gekennzeichnet, daß an der Behälterward (2) ^M Kontrolleinrichtungen (Ki K₀ bis K₄) vorgesehen sind, die üLor, im oder am Behälter verllegte Leitungen (7, 8) mit den jewe?'igen Meßstelieii auf dem Trennboden (4) bzw. mit dem Gasraum (G) in Verbindung stehen und unterschiedliche Behälter-Setzungen schon beim flüssigkeitsfreien Gasraum ^anzeigen.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolleinriclitungen (Κ, K₀ bis K₄) derart gestaltet sind, daß sie den jeweiligen Differenzdruck zwischen dem auf den Trennboden wirkenden hydrostatischen Druck der Behälterfüllung im Flüssigkeitsraum (F) und den im Gasraum (G)anzeigen und diesen Differenzdruck in einer gewünschten Höhe begrenzen, wobei Änderangen dieses Differenzdruckes durch geeignete Alarmeinrichtungen anzeigbar sind.

4. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Kontrolleinrichtungen (Kj K₀ bis K₄) aus einem zylindrischen ^w Behälter besteht, der durch eine mit dem oberen Abschluß des Behälters gasdicht verbundene Trennwand (14) oder durch einen Innenzylinder (15) zwei querschnittsgleiche Teile des Behälters entstehen läßt, und das untere Ende der Trennwand (14) oder des Innenzylinders (15) einen hinreichenden Abstand vom Behälterboden aufweist, und die gebildeten Querschnitte so bemessen sind, daß die durch die Flüssigkeit abzuführenden überschüssigen Gasmengen die Meßablesungen infolge zu hoher Strömuiigsgeschwindigkeit nicht ungünstig beeinträchtigen,