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Verfahren zur Überprüfung einer Flüssigkeitsmangelanzeige
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und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Verfahren
zur Überprüfung einer Flüssigkeitsmangelanzeige und Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung einer Flüssigkeitsmangelanzeige
für Druckbehälter, insbes. Dampfkessel, die von einer Elektrode Gebrauch macht,
die bis auf die Höhe des minimal zulässigen Flüssigkeitsstandes in die im Druckbehälter
befindliche Flüssigkeit eintaucht und im eingetauchten Zustand einen elektrischen
Kontrolikreis schließt, bei welchem Verfahren der Normalflüssigkeitsstand bis unter
den minimal zulässigen Stand abgesenkt wird.
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Es wurden bereits Prüfeinrichtungen bekannt (US-PS 4 084 547, DE-AS
2 506 225), bei welchen die Funktionsprüfung der Meldeeinrichtung für das Erreichen
des Niedrigstflüssigkeitsstandes durch Absenken des Flüssigkeitsniveaus in einem
vom eigentlichen Druckgefäß getrennten Behälter erfolgt, der nach Art eines kommunizierenden
Gefäßes mit dem Druckbehälter in Verbindung steht. Derartige Einrichtungen haben
vor allem den Nachteil, daß die Verbindungsleitungen durch Kesselsteinablagerungen
sich verstopfen können und dadurch keinerlei Funktionssicherheit der Überwachungseinrichtung
gegeben ist.
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Abgesehen davon bedarf es für das Absenken des Flüssigkeitsspiegels
in einem gesonderten Behälter zusätzlicher Einrichtungen. Im Falle des Vorschlages
in der DE-AS 25 06 225 sind zwei Ventile in den Verbindungsleitungen zwischen Kessel
und dem gesonderten Behälter vorgesehen sowie ein drittes Ventil in einer Ablaßleitung
aus dem gesonderten Behälter, in welcher Leitung zusätzlich noch zwischen dem Ventil
und dem Behälter eine regelbare Drossel eingebaut ist. Darüberhinaus ist die bekannte
Überwachungseinrichtung schwimmergesteuert, wodurch weitere Nachteile entstehen.
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Der Schwimmer muß entsprechend gleitbar geführt werden und im Falle
eines Klemmens der Gleitführung verliert die Überwachungseinrichtung überhaupt ihre
Funktion, weil der Schwimmer an einer bestimmten Stelle hängen bleibt und nicht
mehr auf ein Sinken des Flüssigkeitsstandes reagieren kann.
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Im Falle der Einrichtung gemäß der US-PS 4 084 547 ist in einer Verbindungsleitung
zwischen dem vom Kessel getrennten Gefäß und dem Kessel eine Drossel eingebaut,
um die Flüssiokeit aus dem getrennten Behälter zu Prüfzwecken ablassen zu können,
ohne den Behälter, in dem sich die Prüfelektrode befindet, gänzlich vom Druckgefäß
trennen zu müssen. Diese Drossel ist gegen Ablagerungen besonders emDfindlich, sodaß
die Verstopfungsgefahr bei der aus der USPS 4 084 547 bekanntgewordene Einrichtung
besonders qroß ist.
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Es wurde darüberhinaus auch schon bekannt (DE-AS 22 12 469), die
Prüfung nicht durch Absenken des Flüssigkeitsstandes in dem vom eigentlichen Kessel
getrennten Behälter vorzunehmen, sondern mittels eines Solenoids den Schwimmer gewaltsam
in die Flüssigkeit zu tauchen, um solcherart einen Zustand zu simulieren, als ob
der Flüssigkeitsstand tatsächlich abgesenkt wäre. Diese Vorrichtung ist in ihrem
Aufbavl sehr kompliziert und bedarf eines eigenen Elektromagneten sowie zusätzlicher
Steuereinrichtungen für diesen a gneten.
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Aus der DE-OS 1 909 088 wurde weiters eine Prüfeinrichtung für elektrodengesteuerte
Wassermangelanzeigeeinrichtungen bekannt. Um die Funktionstüchtigkeit dieser bekannten
Einrichtung zu prüfen, ist die Elektrode verschiebbar angeordnet und kann zu Prüfzwecken
so weit hochgezogen werden, daß sie ihren Kontakt mit der Flüssigkeit im Kessel
verliert. Diese Anordnung ist vor allem wegen der Abdichtschwierigkeit im Bereich
der Elektrodeneinführung problematisch, abgesehen davon, daß Gleitführungen zum
Klemmen neigen können und damit eine Prüfung überhaupt verhindern.
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Durch die DE-OS 2 261 787 und die DE-OS 23 41 010 wurden Prüfungseinrichtungen
für Druckschaltgeräte bekannt. Hiebei erfolgt die Prüfung durch Ausüben eines Druckes
auf das Prüfgerät. Der Druck wird hiebei jeweils von einem oasfc rmioen 'edium geliefert,
das anstelle des ebenfalls gasförmigen vom Druckwächter zu überwachenden Mediums
über oesonderte Leitungen den Druckwächtern zugeführt wird. Im Gegensatz dazu kommt
es bei der Prüfung der Funktionsfähigkeit einer 's assermanoelsicheruno nicht darauf
an, irgendwo einen Druck
zu erhöhen, sondern vielmehr einen Flüssigkeitsspiegel
abzusenken.
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Durch die DE-PS 549 889 wurde eine Flüssiokeitsstandanzeigte bekannt,
bei der Druckluft als Übertraounasmedium angewendet wird, um den Luftdruck möglichst
an den Wasserdruck anzupassen, damit eine kontinuierliche Niveauanzeige möglich
wird. Bei der Erfindunq handelt es sich jedoch nicht um Maßnahmen zur Anzeige eines
Flüssigkeitsstandes, sondern um Maßnahmen zur Überprüfung einer Wassermangelsicherung,
wobei getrachtet wird, den Zustand, der dem auftretenden lç'assermanvel entspricht,
zu simulieren.
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Der Erfindung liegt nun die Aufhabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
das auf einfache Weise und damit funktionssicher, die Uberprüfung des Ansprechens
der ;Jberwachunaselektrode erlaubt, ohne daß der gesamte Flüssigkeitsstand im Behälter
abgesenkt werden muß oder komplizierte Vorkehrungen für ein Simulieren der Flüssigkeitsabsenkung
erforderlich wären.
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Erreicht wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung,
wenn gemäß der Erfindung in den Bereich der Elektrode ein qasförmives Medium unter
einem den Druck im Behälter übersteigenden Druck zugeführt und hiedurch bis zur
Beendigfauna der Zufuhr des ediums der Flüssigkeitsstand nur im Bereich der Elektrode
unter den minimal zulässigen Flüssiqkeitsstand abgesenkt wird. Durch die erfindungsgemäße
Verfahrensführung wird die Situation, wie sie sich bei Unterschreiten des ì{iedrigstflüssiakeitsstandes
einstellt, möglichst wirklichkeitsgetreu simuliert. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird lokal die Flüssigkeit verdrängt, u.zw. um die Elektrode, sodaß im Bereich dieser
Elektrode während der Prüfzeit jener-Zustand erreicht wird, wie er sich einstellen
würde, wenn der Flüssigkeitsstand im Kessel tatsächlich absinken würde. Als. Druckmedium
wird bevorzugt Stickstoff verwendet.
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Für eine Prüfung wird ca. 1 Liter Druckaas benötigt, sodaß mit einer
10 Liter Vorratsflasche ca. LOO Prüfungen vorgenommen werden können. Der in den
Kessel gelangende Stickstoff wird kontinuierlich mit dem Dampf aboeleitet und gelangt
über das Kondensatsystem ins Freie.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Zufuhr des
gasförmigen Prüfmediums nach einem vorgegebenen Zyklus automatisch erfolot. Hiedurch
ist es möglich, eine Selbstüberwachung zu erreichen, bei der die Überprüfung der
Funktionstüchtiqkeit, der einen etwaigen Flüssigkeitsmangel irr. Druckbehälter anzeigenden
Einrichtung, ohne Mitwirkung einer Aufsichtsperson erfolqt. Dadurch sind auch die
Technischen Richtlinien für Dampfkesseln (TRD) für den Betrieb von Hochdruckdampfkesseln
ohne Beaufsichtigung (BOB-Betrieb) erfüllt, die den Einsatz von rasserstandsbegrenzern
zur Bedingung machen, welche periodisch auf Funktionstüchtigkeit prüfbar bzw. selbstüberwachend
sein müssen, ohne daß dabei der Wasserstand im Kessel unter die Niedrigstwasserstandsmarke
abgesenkt zu werden braucht.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Überprüfungsverfahrens
ist dadurch gekennzeichnet, daß das unter Druck stehende Medium über eine Öffnung
in einem die Elektrode in an sich bekannter Weise haltenden Verschlußdeckel zuführbar
ist, der in an sich bekannter Weise ein die Elektrode umschließendes und die Behälterwand
durchsetzendes Rohr behälterwandseitig verschließt, welches in an sich bekannter
Weise die Elektrode in axialer Richtung mit seinem offenen Ende überragt und bevorzugt
an diesem Ende eingezogen ist. Diese Anordnung läßt sich auf besonders einfache
Weise sowohl beim Neubau von Flüssigkeitsbehältern als auch beim nachträglichen
Einbau verwirklichen. Das Rohr schützt gleichzeitig im Betrieb die Elektrode vor
Wellenschlägen des Kesselwasserstandes.
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Etwaige Mängel der Isolation im Bereich der Durchführung der Elektrode
können bei Durchführung der Prüfung frühzeitig erkannt werden, wenn bei einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens die Elektrode im Steuerkreis eines Relais anoeordnet
ist, das einen im Brennersicherheitskreis angeordneten Kontakt betätigt, wobei in
diesen Steuerkreis ein Widerstand bei Betätigen einer Prüftaste im Versorgungskreis
eines die Zufuhr des Mediums in den Bereich der Elektrode steuernden ^aonet ventiles
zuschaltbar ist. Der zuschaltbare Widerstand wird hiebei bevorzugt so dimensioniert,
daß durch sein Zuschalten ein 50-prozentizer Isolationsfehler simuliert wird. Die
Prüfung kann dann nur vollzoqen werden, wenn der Isolatorfehler 50 Prozent noch
nicht erreicht hat. Das Prüfsystem erfaßt insgesamt alle möglichen Fehler ab der
Elektrodenspitze und weist außerdem
auf ein Schadhaftwerden des
Elektrodeniqolators zu einem Zeitpunkt hin, wo für die Sicherheit noch keine Gefahr
besteht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigt, Fio. 1 einen Querschnitt durch einen Flüssigkeitsbehälter,
bevorzugt eine Dampftrommel, bei der die Funktionsprüfung der Elektrode unter Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt, Fig. 2 ein Schaltbild einer Ausführungsform
einer elektrischen Prüfschaltung und Fiq. 3 ein Schaltbild des elektrischen Sicherheitskreises
eines Brenners eines Kessels.
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In der Zeichnung ist mit 1 ein Flüssigkeitsbehälter bezeichnet, bevorzugt
handelt es sich dabei um die Dameftrommel eines Dampfkessels. Zur Überwachuna des
Flüssigkeitsstandes im Behälter 1 ist eine Elektrode 2 vorgesehen, die bis auf die
Höhe des minimal zulässigen Flüssigkeitsstandes 9 in die im Behälter 1 befindliche
Flüssigkeit eintaucht. Im eingetauchten Zustand schließt die Elektrode 2 einen elektrischen
Kontrollkreis für ein Niveaurelais RN. Der Betriebsflüssigkeitsstand ist in der
Zeichnung mit 10 bezeichnet. In den Bereich der Elektrode 2 ist ein gasförmiges
Medium 3 (bevorzugt Stickstoff) aus einer Druckflasche 11 über eine Leitung 12 zuführbar,
in welche ein Wagnetventil 8 eingebaut ist. Die Leitung 12 wird mit dem aasförminen
Medium 3 über ein Druckminderventil 13 versorgt, das den Druck des Mediums auf einen
lvrert begrenzt, der um 2 bar höher ist als der Druck im Flüssigkeitsbehälter 1.
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Die Leitung 12 mündet in einen Deckel L, der die Elektrode 2 hält.
Der Elektrodenhalter 14 weist eine druck- und temperaturfeste Kunststoffisolierung,
bevorzugt aus Polytetrafluoräthylen, auf und ist in den Deckel 4 eingeschraubt.
Der Deckel 4 verschließt ein die Elektrode 2 umschließendes Rohr 6. Dieses Rohr
durchsetzt die lstand 5 des Behälters 1 druckdicht und überragt die Elektrode 2
mit seinem offenen Ende 7 in axialer Richtung.
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Am freien Ende ist das Rohr 6 eingezogen. Im Bereich der Behälterwand
5 ist das Rohr mit einer Bohrung 15 versehen, über welche nach Aufhören der Zufuhr
des Druckmediums 3 ein Druckausgleich mit dem Inneren des Behälters 1 erfolgt.
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Die elektrische Schaltung wird nachstehend anhand der Fiq. 2 und
3 näher erläutert. Hiebei sind mit Großbuchstaben
jeweils Relais
bezeichnet. Die zugehörigen Schaltkontakte sind mit korrespondierenden Kleinbuchstaben
in die Zeichnung eingetragen. Die Stellung der Schaltkontakte in den Fig. 2 und
3 entspricht dabei dem Betriebszustand des Behälters 1 (Dampfkesseltrommel). Die
Überwachungselektrode 2 ist dabei an die Klemme Ü1 (Fig. 2) und der Masseanschluß
ist an die Klemme Ü2 in Fiq.
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2 gelegt. Das t.íaonetventil 8 ist an die Klemmen >s1 und M2 in
Fig. 2 angeschlossen. In Fig. 1 sind die Klemmen Ü1 und Ü2 bzw. Ml und At2 in gleicher
Bezeichnung eingetragen.
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Das Niveaurelais R N liegt ständig an Spannung (etwa 220 V ) und
hält den zugehörigen Kontakt rN in der in Fig.
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2 gezeichneten Lage, in der der Brenner über die Brennersicherheitskette
(Fig. 3) mit Spannung versorgt wird. Parallel zum Kontakt rN liegt in der Brennersicherheitskette
(Fig.3) ein Kontakt r2, dessen Steuerrelais R2 über den vom Niveaurelais R N gesteuerten
Kontakt rN bei normalem Betrieb ständig an Spanliegt. Die Steuerspannung (z.B. 8
Volt) erhält das Niveaurelais RN über die Klemmen 1)1 und Ü2 von der Elektrode 2.
Die Steuerspannung für das Niveaurelais RN fällt aus, sobald der Wasserstand unter
den Niedrigstwasserstand 9 sinkt. Das Niveaurelais RN fällt dann ab, öffnet den
Kontakt r in der Brennersicherheitskette (Fig. 3), in der gleichzeitig auch der
Kontakt r2 aeöffnet wird, weil das Öffnen des Kontaktes rN einen Abfall des Steuerrelais
R2 für den Kontakt r2 bewirkt. Sobald die Kontakte rl und r2 geöffnet sind, ist
die Stromversorgung in der Brennersicherheitskette unterbrochen und der Brenner
fällt aus.
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Zwecks Überprüfung der Elektrode 2 ist ein Prüftaster T vorgesehen,
der mit dem Kontakt r2 in Serie liegt. Der Steuerkreis des Magnetventiles 8 wird
bei Betätigung der Prüftaste T oeschlossen, wodurch das A!agnetventil 8 geöffnet
wird und das unter Druck stehende Medium 3 im Dampfkessel (nur) im Elektrodenbereich
den Flüssigkeitsspiegel absenkt. Bei Betätigen der Prüftaste T wird ein Relais R1
und ein Zeitrelais RZ an Spannung gelegt. Das Relais R1 schließt hiebei einen Kontakt
rl, über den ein Widerstand W in den Steuerkreis der Elektrode 2 einaeschaltet wird,
der so dimensioniert ist, daß er einen 50prozenteigen Fehler der Isolation des Halters
14 der Elektrode 2 simuliert.
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Durch das simulierte Unterschreiten des Niedrigstflüssig<eitsniveaus
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im Behälter 1 werden wie im Falle eines tatsächlichen Absinkens des Wasserstandes,
die Kontakte r N und r2, wie zuvor beschrieben, durch den Abfall des Relais R N
und R2 geöffnet.
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In dem die Elektrode 2 enthaltenden Steuerkreis fließt nach Absenken
des Wasserstandes ein Strom, der sich aus einem etwaigen Leckstrom (bei fehlerhaftem
Isolator in der Durchführung der Elektrode) und dem Strom, der durch den Prüfwiderstand
W fließt, zusammensetzt. Bei Unterschreiten des Ausschaltstromes des Niveaurelais
R N fällt dieses ab. Das Öffnen der Kontakte r N und r2 hätte dabei auch bei bloßem
Prüfen der Elektrodenfunktion einen Brennerausfall zur Folge, der jedoch durch den
Kontakt rl' in der Brennersicherheitskette vermieden wird, der vom Relais R1 betätigt
wird und parallel zu den Kontakten r N und r2 in der Brennersicherheitskette liegt.
In jener Stellung, in der der Kontakt r N die Brennersicherheitskette öffnet, legt
er eine Prüflampe P an Spannung, die hiedurch aufleuchtet. Das Öffnen des Kontaktes
r2 bewirkt auch ein Öffnen des Versorgungskreises des Magnetventiles 8, so daß dieses
schließt und die weitere Zufuhr von Prüfgas in den Kessel unterbindet. Der Druckabbau
im Rohr 6 kann nun über die Öffnung 15 in der Wand des Rohres in das Behälterinnere
erfolgen. Dadurch steigt das Niveau der Flüssigkeit im Bereich der Prüfelektrode
im Rohr 6 wieder an und das Niveaurelais RN zieht wieder an, wodurch der Kontakt
rN in die Ausgangsstellung zurückkehrt und die Prüflampe P erlischt. Die Prüftaste
T wird nun gelöst, das Relais R1 fällt ab und öffnet die Kontakte rl bzw. rl'. Da
im Prüffall die Kontakte rN und r2 durch den Kontak rl' überbrückt sind, somit ein
Abfall des Wasserstandes im Kessel während der Prüfung zu keinem Abschalten des
Brenners führen kann, ist ein Zeitrelais RZ vorgesehen, das bei Bestätigung der
Prüftaste T anläuft und nach einer-bestimmten Zeitspanne einen Kontakt rZ in der
Brennersicherheitskette öffnet, wodurch der Brenner ausfällt. Die gesamte Anlage
kann selbstüberwachend arbeiten, wenn die Betätigung der Prüftaste T über ein Zeitrelais
od.dal. tmpulsgeber automatisch erfolgt.
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