DE4010371C2

DE4010371C2 - Vorrichtung zur Entnahme einer Gasprobe aus einer Gasleitung in ein Probe-Sammelgefäß

Info

Publication number: DE4010371C2
Application number: DE19904010371
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schlemm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2010-03-31
Also published as: DE4010371A1; AT397721B; ATA68791A; CH681918A5

Description

Vorrichtung zur Entnahme einer Gasprobe aus einer Gasleitung in ein Probe-Sammelgefäß.

Für die Abrechnung gegenüber Gasabnehmern soll von den Gas versorgern außer der Menge des abgenommenen Gases dessen Brenn wert berücksichtigt werden. Hierzu wird über eine bestimmte Periode, z. B. einen Monat oder ein Jahr, eine Gasprobe der zu den Verbrauchern führenden Leitung entnommen, in ein Probe-Sammelgefäß geleitet und nach Ende der Periode der Brennwert der Gasprobe z. B. kalorimetrisch bestimmt. Für eine exakte Abrechnung muß die gesammelte Gasprobe am Ende der Periode den selben Brennwert haben wie die gesamte in der Periode geliefer te Gasmenge, d. h., die zu jedem Zeitpunkt in das Probe-Sammel gefäß strömende Gasprobe muß dem Mengendurchfluß des Gases zum Abnehmer proportional sein. Aus der DE 2 91 593 A1 ist be kannt, für eine solche Wärmemengenermittlung mit Hilfe von automatischen Kalorimetern den Brennwert zu bestimmen und par allel dazu den Gasdurchfluß zu erfassen. Die gemessenen Werte werden gespeichert und von einem Rechner ausgewertet. Die In stallation von automatischen Kalorimetern und Speichersystemen sowie die Erstellung von Auswerteprogrammen und die Verfügbar keit von Rechnern sind jedoch sehr aufwendig und daher nicht immer anwendbar.

In der DE 29 15 931 A1 ist weiter beschrieben, in einer Gas leitung einen Zähler mit einem Impulsgeber anzuordnen, der in einem Meßzeitraum eine durchflußproportionale Impulsfolge an eine Schalteinheit abgibt. Diese steuert ein erstes Dosier ventil, welches in einer Entnahmeleitung angeordnet ist, welche die Gasleitung mit einem Auffanggefäß für das entnommene Gas verbindet. Soll die entnommene und gesammelte Gasprobe reprä sentativ für das verbrauchte Gas sein, müssen die Gasproben in kurzen Zeitabständen entnommen werden. Dies hat aber zur Folge, daß die Schaltventile mit einer hohen Schaltfolge betrieben werden müssen, so daß wegen der beschränkten Lebensdauer der Ventile Ungenauigkeiten auftreten und ein erheblicher War tungsaufwand erforderlich ist. Andere bekannte Vorrichtungen, die z. B. aus der DE 2 72 932 A1 und der 29 15 931 A1 bekannt sind, erfordern einen hohen Investitions- und Wartungsaufwand und bringen auch nicht die notwendige Genauigkeit, wenn sie für niedrige Druckbereiche eingesetzt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche die Steuerung der in das Probe-Sammelgefäß strömenden Gasmenge gestattet, sich bei einfachem Aufbau durch hohe Zeitstabilität auszeichnet und daher auch für die Brenn wertermittlung des von Kleinverbrauchern oder Gruppen von Kleinverbrauchern abgenommenen Gases wirtschaftlich einsetzbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Vorrichtung weist keine im Betrieb einem Verschleiß unterworfenen Teile auf, wie z. B. häufig betätigte Ventile. Die Probeentnahme wird nicht ständig ein- und ausgeschaltet, sondern es wird stets Gas entnommen. Dadurch werden Fehler einflüsse aufgrund von strömungsbedingten physikalischen Be gebenheiten, durch Verschleiß oder Schalthysterese ausge schlossen.

Anhand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind, werden im folgenden die Vorrichtung sowie Ausgestaltungen und weitere Vorteile näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung, deren Steuerkolben mittels eines pneumatischen Stellantriebes eingestellt wird,

Fig. 2 eine Vorrichtung, deren Steuerkolben aufgrund der Dif ferenz der Drücke auf der Vorder- und Rückseite eines Kolbens eingestellt wird, und

Fig. 3 eine Vorrichtung, deren Steuerkolben von Hand einstell bar ist.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Gasleitung bezeichnet, durch die ein Brenngas strömt und aus der während einer Meßperiode von z. B. einem Monat eine Gasprobe entnommen werden soll, deren Brenn wert gleich dem der in dieser Periode durch die Leitung 1 strömenden Gasmenge ist. Diese Probe wird in einem Probe-Sammelgefäß 7 gesammelt. Hierzu ist an die Gasleitung 1 mittels eines Flansches 2 ein Zylinder 3 angeschlossen, in dem sich ein Steuerkolben 5 befindet, der aus einem Material besteht, das für das Gas, welches in der Leitung 1 fließt, permeabel ist. Solche Materialien sind z. B. Sintermetalle oder keramische Stoffe. Auch können in einem Zylinder übereinandergeschichtete Membranen verwendet werden. Auf der Innenseite des Zylinders 3 ist eine Dichtung 4, z. B. aus Teflon, angebracht, welche den Steuerkolben 5 gegen die Zylinderwand abdichtet. In der Fig. 1 ist der Kolben in seiner obersten Stellung dargestellt. Die Dichtung 4 ist so angeordnet und hat eine solche Länge, daß auch in der obersten Stellung des Kolbens dieser an der Unter seite über die Dichtung hinausragt, ansonsten aber entlang seiner gesamten Mantelfläche an der Dichtung anliegt. Das durch den Kolben 5 dringende Gas gelangt über eine Leitung 6, deren Strömungswiderstand klein im Vergleich zu dem des Kolbens 5 ist, in das Probe-Sammelgefäß 7. Der Durchfluß durch den Zylinder ist proportional zur Differenz der Drücke auf den beiden Seiten des Zylinders, also zur Differenz des Druckes in der Leitung 1 und dem im Probe-Sammelgefäß 7, und umgekehrt proportional zur wirksamen Länge h des Kolbens 5. Diese wirk same Länge ist abhängig von der Kolbenstellung; sie ist etwa gleich der Länge, über welche der Kolbenmantel an der Dich tung 4 anliegt. Je tiefer also der Kolben steht, um so größer ist der Gasdurchfluß.

Der Kolben soll so eingestellt werden, daß der Gasdurchfluß durch ihn proportional zu der durch die Leitung 1 fließenden Gasmenge ist. Hierzu ist in die Leitung 1 ein Durchflußmeß gerät 12 eingebaut. Der Druck in der Leitung 1 wird mit einem Druckumformer 14 gemessen und der Druck im Probe-Sammelgefäß 7 mit einem Druckumformer 14a. Diesen drei Größen entsprechende Signale Q, P_E, P_S werden in einem Rechner 13 zu einem Signal verknüpft, das proportional zum Gasmengenfluß und umgekehrt proportional zur Druckdifferenz in der Leitung 1 und im Probe-Sammelgefäß 7 ist. Je nach Ausstattung der Durchflußmeßanlage und der Druckverhältnisse in der Gasleitung können zur genaue ren Berechnung des Gasdurchflusses dem Rechner 13 weitere phy sikalische Größen, z. B. die Gastemperatur T und die Gaskom pressibilität K, eingegeben werden. Das Rechnerausgangssignal wird in ein pneumatisches Signal umgesetzt, das über eine Leitung einem pneumatischen Stellantrieb mit einem Kolben 9 und einem Zylinder 10 zugeführt ist. Das pneumatische Signal wirkt über den Kolben 9 gegen eine Feder 11 mit proportionaler Kraft-Weg-Charakteristik, so daß die Stellung des Kolbens 9 proportional zum Gasmengendurchfluß in der Leitung 1 ist. Die Zusammensetzung des Gases im Probe-Sammelgefäß ist daher wäh rend einer Meßperiode dieselbe wie die des durch die Leitung geströmten Gases.

Nach Bestimmen des Brennwertes der während einer Meßperiode entnommenen Gasprobe kann durch Multiplikation des Brennwertes mit der abgenommenen Gasmenge die gelieferte Energie berechnet werden. Während der gesamten Meßperiode strömt das Gas konti nuierlich durch den Meßkolben; einem Verschleiß unterworfene Teile sind nicht vorhanden. Eine Verschiebung der Kolben 5 und 9 findet selten und dann nur mit geringer Geschwindigkeit über kurze Strecken statt. Ein Verschleiß der Kolbendichtungen tritt daher nicht ein. Im übrigen braucht die Dichtung 4 nicht voll ständig abzudichten, sondern es genügt, wenn der Anteil des zwischen dem Kolben 5 und dem Zylinder 3 durchströmenden Gases verhältnismäßig klein, z. B. ein Tausendstel der Gasmenge, ist, die durch den Kolben 5 strömt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich der Strömungswiderstand eines etwaigen Spaltes zwi schen Kolben 5 und Dichtung 4 mit der wirksamen Kolbenlänge h verändert und daher im gleichen Sinne wirkt wie der Kolben 5.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein pneumatischer Stellantrieb verwendet. Statt dessen kann auch ein elektrischer verwendet werden, bei dem die Stellgröße der Stellweg ist.

In vielen Fällen ist eine durchflußproportionale Entnahme von Probegas nicht erforderlich, es genügt eine zeitabhängige Probeentnahme, vor allem dann, wenn das Netzverhalten bekannt ist und durch nachträgliche Anpassungen die gelieferte Wärme menge mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden kann. In diesem Falle brauchen nur die Druckverhältnisse am Probe-Entnahmeort und im Probe-Sammelgefäß berücksichtigt werden. Eine hierzu geeignete Vorrichtung, die sich durch besondere Einfachheit auszeichnet, ist in Fig. 2 veranschaulicht. Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, daß kein Rechner vorhanden ist, dem Durchfluß- und Druckwerte zugeführt sind, und daß demgemäß auch kein rechnergesteuerter Stellantrieb eingesetzt ist. Der Steuerkolben 5 wird über die Kolbenstange 8 statt dessen von einem Stellkolben 16 betätigt. Dieser teilt einen beidseitig gasdicht verschlossenen Zylinder 15 in zwei Kammern, von denen die obere über eine Leitung 19 mit dem Probe-Sammelgefäß 7 und die andere über eine Leitung 18 mit der Gasleitung 1 verbunden ist. Druckfedern 17 wirken in derselben Richtung wie der Druck im Probe-Sammelgefäß 7 auf den Kolben 16. Der Kolben nimmt daher eine Stellung ein, die bei proportionaler Kraft-Weg-Charakteristik der Federn 17 propor tional der Druckdifferenz in der Leitung 1 und im Probe-Sammel gefäß 7 ist. Damit ist das Verhältnis von Druckdifferenz zu wirksamer Länge h des Steuerkolbens 5 und daher auch der Durch fluß durch den Steuerkolben 5 in das Probe-Sammelgefäß 7 unab hängig von den Druckverhältnissen in der Leitung und im Probe-Sammelgefäß.

In manchen Fällen genügt es, die Gasqualität ganz generell über einen längeren Zeitraum festzustellen, um die Wärmemenge des abgenommenen Gases mit geringerer, aber genügender Genauigkeit zu ermitteln. Für solche Anwendungen kann die Vorrichtung, wie in Fig. 3 gezeigt, noch weiter vereinfacht werden, indem der Steuerkolben 5 von Hand einstellbar ist, und zwar mittels eines Handrades 21, mit dem eine Gewindestange, die in einem Gewinde 20 läuft, gedreht wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Entnahme einer Gasprobe aus einer Gaslei tung (1) in ein Probe-Sammelgefäß (7), dadurch gekenn zeichnet,
daß an die Gasleitung (1) ein Zylinder (3) angeschlossen ist, in dem ein gegen die Zylinderwand gasdicht abschließender Steuerkolben (5) aus gasdurchlässigem Material längs eines Stellweges verschiebbar ist, und
daß das durch den Steuerkolben (5) strömende Gas über eine Leitung (6), deren Strömungswiderstand im Vergleich zu dem des Steuerkolbens (5) klein ist, in das Probe-Sammelgefäß (7) fließt, wobei sich bei Verschieben des Steuerkolbens (5) ent lang des Stellweges die für den Strömungswiderstand wirksame Steuerkolbenlänge (h) proportional zur Verschiebestrecke ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Steuerkolben (5) über eine Spindel oder ein Gewinde (20) mittels eines Handantriebes (21) verschiebbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die durch den Differenzdruck zwischen dem Druck in der Gasleitung (1) und dem Druck im Probe-Sammelgefäß (7) auf den Steuerkolben (5) wirkende Kraft gegen die Kraft einer Feder (17) wirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net,
daß der Steuerkolben (5) mit einem gasdichten Stellkolben (16) gekoppelt ist, der in einem zweiten Zylinder (15) ver schiebbar ist und dessen Querschnitt größer als der des Steuerkolbens (5) ist, und
daß der Gasdruck auf der einen Seite des Stellkolbens (16) gleich dem Druck in der Gasleitung (1) und auf der anderen Seite gleich dem Druck im Probe-Sammelgefäß (7) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Steuerkolben (5) von einem Stellantrieb (9, 10) derart einstellbar ist, daß die durch ihn in das Probe-Sammelgefäß (7) strömende Gasmenge proportional zu der durch die Gasleitung (1) strömenden Gasmenge ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Steuerkolben (5) so einstellbar ist, daß die für den Strömungswiderstand wirksame Steuerkolbenlänge (h) proportional zum Verhältnis von der durch die Gasleitung (1) strömenden Gasmenge zur Druckdifferenz in der Gasleitung (1) und dem Probe-Sammelgefäß (7) ist.