DE3516432A1

DE3516432A1 - Fluid-pegel-messvorrichtung

Info

Publication number: DE3516432A1
Application number: DE19853516432
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Schlumberger Electronics Uk Ltd Farnborough Hampshire; Schlumberger Electronics UK Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1984-05-16
Filing date: 1985-05-08
Publication date: 1985-12-05
Also published as: GB2158947A; GB8412460D0; JPS6144323A; GB2158947B; US4711117A; GB8511697D0; CA1251949A

Description

Schlumberger Electronics (UK) Limited

Victoria Road

Farnborough, Hampshire GU14 7PW

England 48/106

Fluid-Pegel-Meßvorrichtung

Die ['rfinduncj benoht sich auf die Messung von Fluid-Pegeln und insbesondere auf die Messung von Fluid-Pegeln innerhalb eines geschlossenen Gefäßes, beispielsweise eines Kessels, das Innendruckänderungen unterworfen ist.

Bei der Fluid-Pegel-Messung kann der unterschiedliche elektrische Widerstand von Fluiden für die Bestimmung des Fluid-Pegels ausgenutzt werden, beispielsweise die Änderung des leitenden Mediums von Wasser nach Dampf zwischen einem Elektrodenpaar, wenn der Wasserpegel in einem Kessel fällt. Der Pegel kann angezeigt werden durch eine Mehrzahl von Detektoren über einen interessierenden Bereich und Wiedergeben der Resultate. Ein solches System hat den Vorteil, daß es selbstüberprüfend ist, wobei ein Anzeigen für Fehlfunktionen beispielsweise darin liegt, wenn Wasser oberhalb von Dampf in einem Kessel festgestellt wird.

Bei Hochdruck-Kessel-Systemen ist es üblich, daß die Sensoren in einem separaten Seitentank angeordnet werden, der über Anzapfungen mit dem Kesseldruckgefäß über einen interessierenden Pegelbereich verbunden ist, wobei dies unter der Annahme erfolgt, daß sich ein gemeinsamer Pegel ergibt. Bei dieser Seitenarmmeßsonde setzen die inhärenten Wärmeverluste die Flüssigkeitssäulentemperatur in dem Druckgefäß herunter, und infolgedessen wird die gemessene Wasserdichte höher sein als diejenige der Flüssigkeit in der Kesseltrommel, und das System erreicht Gleichgewicht bei einem Pegel der Meßsondenflüssigkeit unterhalb des Pegels der Trommelflüssigkeit. Ein solcher Dichtefehler kann bei hohen Drücken sehr erheblich

sein. Beispielsweise kann in einer konventionellen Wasser-Pegel-Sonde der Fehler im Bereich von 50 % über den Wasserpegeln im Skalen-Mittel-Bereich liegen.

Es ist bekannt, bei Hochdruckgefäßen die thermische Auslegung so vorzunehmen, daß die durch kondensierenden Dampf in dem oberen Teil des Druckgefäßes freiwerdende Wärme nach unten in den Kesselwandungen fließt, um einen großen Anteil der Wärmeverluste aus der unteren Hälfte des Kessels zu ersetzen. Je größer der Wärmefluß abwärts längs den Wänden ist, desto kleiner ist die Wärme, die von dem Wasser gezogen wird, womit das Wasser auf einer höheren Temperatur gehalten wird. Das Kondensat trägt auch dazu bei, eine höhere Wassertemperatur aufrechtzuerhalten. Demgemäß kann eine sorgfältige Auslegung den Dichtefehler auf etwa 15 % reduzieren. Eine solche Verbesserung läßt sich jedoch nur erreichen auf Kosten einer gründlichen thermo-dynamischen Analyse des Systems, und die Verwendung von Materialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit. Im allgemeinen sind solche Gefäße dickwandig, um die Wärmeleitung zu unterstützen und demgemäß klobig.

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Fluid-Pegel-Meßvorrichtung für die Messung von Fluid-Pegeln in einem Gefäß einen an das Gefäß angezapften Druckkessel derart, daß der Fluid-Pegel in dem Druckgefäß repräsentativ ist für den Fluid-Pegel in dem Behälter, und eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten fluidempfindlichen Sensoren, die in dem Druckgefäß montiert sind.

Dabei sind die Abstände zwischen den Sensoren festgelegt entsprechend den Fehlern, die von Dichteunterschieden zwischen dem Fluid im Gefäß und dem Fluid im Druckkessel herrühren.

Der Abstand zwischen Sensoren wird vorteilhafterweise äquivalent den gleichen Inkrementen des Pegels in dem Gefäß gemacht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Abstand zwischen Sensoren, die ein erstes Pegelinkrement repräsentieren, im Vergleich mit demjenigen

zwischen Sensoren, die ein zweites und niedrigeres Pegelinkrement repräsentieren, herabgesetzt. Vorzugsweise wird der Abstand derart variiert, daß für gleiche Pegelinkremente (P) in dem Gefäß der n-te Sensor in dem Druckgefäß auf einem Pegel montiert ist, der gleich n.p (1 - e) ist, worin e mit hinreichender Genauigkeit durch die Formel repräsentiert wird:

V₁-V₂ v.

e =

v_s - V₂ V₁

wo für den normalen Betriebsdruck gilt:

V₁ das spezifische Volumen von Wasser in dem Gefäß

V₂ das spezifische Volumen von Wasser in dem Druckkessel,

wie definiert durch die abgeleitete mittlere Temperatur

des Wassers in dem Kessel für den bestimmten Pegel

V das spezifische Volumen von Sattdampf.

Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Druckkessel gemäß dem Stand der

Technik,
Fig. 2 zeigt eine Ansicht aus Richtung I des Kessels

nach Fig. 1,
Fig. 3 zeigt Dichtefehler, gemessen in dem Kessel

nach Fig. 1, und

Fig. 4 zeigt einenDruckkessel gemäß vorliegender Erfindung.

Bei Druckkesseln zur Verwendung in einem Fluid-Pegel-Meßsystem des Seitenarmtyps (Fig. 1) nach dem Stand der Technik weist ein Druckkessel 10 eine Mehrzahl von im Abstand liegenden Detektoren, wie den Detektor 11, auf.

Im Betrieb wird der Druckkessel 10 über Anzapfungen an eine Verdampfertrommel 20 (Fig. 2) so angeschlossen, daß der Pegel des Fluids 21 in dem Druckkessel repräsentativ ist für den Fluid-Pegel 22 in der Trommel 20. Die Detektoren liegen in gleichem Abstand mit einem Abstand x, so daß der Fluid-Pegel quantisiert werden kann bezüglich der nächst 1 legenden χ über einem Meßbereich y. In einer typischen Ausführungsform für einen Wasserverdampfer, der bei etwa 180 bar arbeitet, sind zwölf Detektoren mit Abständen von χ = 50 mm vorgesehen, um einen Meßbereich von 550 mm (y) zu überdecken.

Wie oben diskutiert, unterliegt eine solche Anordnung einem Dichtefehler und eine sorgfältige thermische Auslegung ist erforderlich, wenn der Fehler innerhalb vernünftiger Grenzen gehalten werden muß. Leider ist das beste erzielbare Ergebnis ein Fehler von 15 %, der immer noch in vielen Anwendungsfällen erheblich ist. Für die oben beschriebene Konfiguration kann der Dichtefehler bei 180 bar aufgezeichnet werden als Kurve 30 (Fig. 3), und es zeigt sich, daß er mit dem Pegel zunimmt, wobei er von etwa 3 mm bei 100 mm Pegel auf 78 mm bei 550 mm ansteigt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Druckkessel 40 (Fig. 4) zwischen den Detektoren ungleiche Abstände auf, etwa zwischen den Detektoren 41 und 42. Der Abstand zwischen den Elektroden wird gewählt entsprechend der nachfolgenden Tabelle, wobei die Werte aus der Kurve 30 (Fig. 3) entnommen sind. Es versteht sich, daß die Dichtefehler so kompensiert werden, daß die Sensorplazierung äquivalent ist gleichen Fluid-Pegel-Inkrementen in der Verdampfertrommel bei Betriebsdruck,

Elektrode Abstand Abstand (mm) Kompensation(mm)

41	k	50	0
42	j	47	3
43	i	46	7
44	h	45	12
45	g	44	18
46	f	43	25
47	e	42	33
48	d	41	42
49	C	40	52
50	b	38	64
51	a	36	78

-J-

-S-

In der obigen Tabelle entspricht die Elektrodennumerierung derjenigen nach Fig. 4.

Man erkennt, daß der Abstand nur dann korrekt kompensiert wird, wenn die Verdampfertrommel im wesentlichen bei Betriebsdruck arbeitet, doch ist dies der Zustand, wo die
gefährlicheren Risiken infolge Fehlern bei der Wasserpegelanzeige bestehen. Unter anderen Bedingungen, beispielsweise beim kalten Füllen, ist eine andere Kompensation erforderlich. Kompensierte Werte können beispielsweise von einer Korrekturtabelle abgelesen werden mit entsprechend kompensierten Werten für die erforderlichen Bedingungen.

Man erkennt, daß die Sensoren irgendwelche geeigneten Wandler sein können, die in der Lage sind, das Vorhandensein oder Fehlen von Fluid des Pegels, der zu messen ist, feststellen können.

Geeignete Wandler und die Art und Weise, in der die Signale von ihnen verarbeitet werden können, ergegen sich für den Fachmann aus seiner Kenntnis. Beispielsweise ist auf die GB-Patentschriften 1.056.032, 1.257.737 und 1.43-8.271 zu verweisen.

■Es hat sich gezeigt, daß bei Fluid-Pegel-Meßsystemen gemäß vorliegender Erfindung die thermische Auslegung des Druckkessels vernachlässigt werden kann, während gleichwohl die Genauigkeit aufrechterhalten wird, womit die Massigkeit und damit die Kosten des Druckgefäßes verringert werden können. Es hat sich gezeigt, daß die vorliegende Erfindung besonders wirksam für langgestreckte Druckgefäße ist, deren Form normalerweise nicht besonders für den Wärmetransfer (von den oberen nach den unteren Bereichen) geeignet ist.

- Leerseite

Claims

Ansprüche

1) Fluid-Pegel-Meßvorrichtung für die Messung des Fluid-Pegels in einem Behälter mit einem Druckkessel, der an den Behälter so angeschlossen ist, daß der Fluid-Pegel in dem Druckkessel repräsentativ ist für den Fluid-Pegel in dem Behälter und eine Mehrzahl von im Abstand angeordneten fluidempfindlichen Sensoren in dem Druckkessel montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Sensoren festgelegt ist entsprechend den Pegelfehlern, herrührend von Dichtedifferenzen zwischen Fluid in dem Behälter und Fluid in dem Druckkessel.

2) Fluid-Pegel-Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Sensoren so gewählt ist, daß er äquivalent gleichen Inkrementen des Pegels

in dem Behälter ist. T

3) Fluid-Pegel-Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch '( gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Sensoren, die ein erstes Pegel-Inkrement repräsentieren, herabgesetzt ist im Vergleich mit demjenigen zwischen Sensoren, die ein zweites und niedrigeres Pegel-Inkrement repräsentieren.

4) Fluid-Pegel-Meßvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorabstand so gewählt ist, daß für gleiche Pegel-Inkremente ρ in dem Behälter ein n-ter Sensor an einem Pegel n.p (1 - e) montiert ist, wobei e gegeben ist durch

V₁ - V₂ v_s

v_s - V₂ V₁

und worin V. das spezifische Volumen der Flüssigkeit in dem Behälter ist, V₂ das spezifische Volumen der Flüssigkeit in

-2-

dem Druckkessel ist, definiert durch die abgeleitete mittlere Temperatur der Flüssigkeit in dem Druckkessel für den jeweiligen Pegel, und V das spezifische Volumen des Dampfes oberhalb des Flüssigkeitspegels ist.