DE9321286U1 - Probe for measuring pressure and temperature profiles - Google Patents
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Description
Mannesmann flktiengeseUschaftMannesmann Fluktiengesellschaft
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"Sonde zur Messung von Druck- und Temperaturprofilen""Probe for measuring pressure and temperature profiles"
Die Erfindung betrifft eine Sonde, mit der in räumlich ausgedehnten Reaktorräumen gleichzeitig Druck- und Temperaturprofile der ablaufenden chemischen Prozesse gemessen werden können. Insbesondere geht es um die Kontrolle von Prozessen, die in unterirdisch angeordneten Vertikai schach treaktoren ablaufen.The invention relates to a probe with which pressure and temperature profiles of the chemical processes taking place in spatially extended reactor spaces can be measured simultaneously. In particular, it concerns the control of processes that take place in vertical reactors arranged underground.
Ein Beispiel für einen solchen ProzeG ist etwa die kontinuierliche unterkritische NaGoxidation von Klärschlamm oder anderen Stoffen in einem Tief schach'treaktor von z.B. 2000 m Länge (vgl. beispielsweise EP-fl 0 018 366 und EP-R 0 240 340). Ein entsprechender in einem Bohrloch angeordneter Reaktor ist nicht von der Seite her zugänglich, um über seine Länge verteilt eine Vielzahl von Meßsonden zur Temperatur- und Druckbestimmung anzubringen. Eine möglichst genaue Kenntnis über die räumliche Verteilung (Profil) von Druck und Temperatur ist aber von großer Bedeutung, wenn der chemische Prozeß der Naßoxidation optimal gesteuert und geregelt werden soll. So müssen etwa örtliche überhitzungen und die Bildung von Dampfblasen unbedingt vermieden werden. Da ein solcher Reaktor nur von seiner vergleichsweise kleinen Stirnfläche (z.B. 300 mm Durchmesser) her zugänglich ist, wurdenAn example of such a process is the continuous subcritical NaG oxidation of sewage sludge or other materials in a deep shaft reactor of e.g. 2000 m length (see for example EP-fl 0 018 366 and EP-R 0 240 340). A corresponding reactor arranged in a borehole is not accessible from the side in order to install a large number of measuring probes distributed along its length to determine temperature and pressure. However, the most precise possible knowledge of the spatial distribution (profile) of pressure and temperature is of great importance if the chemical process of wet oxidation is to be optimally controlled and regulated. For example, local overheating and the formation of steam bubbles must be avoided at all costs. Since such a reactor is only accessible from its comparatively small front surface (e.g. 300 mm diameter),
ft ftf *f f « * « fft ftf *f f « * « f
bisher nur einzelne Temperatursensoren mit separaten Datenübertragungskabein, die durch Schutzrohre aus z.B. Inconel gegen äußere Rngriffe geschützt werden mußten, und einzelne Druckmeßrohre (Bubbler Flir Systems) in den Tiefschachtreaktor hinabgelassen. RLLein schon aus PLatzgründen (Querschnittsverminderung bewirkt Reduzierung der Durchsatzleistung) mußte man sich auf wenige (z.B. 5 - 10) Sensoren beschränken, so daß nur eine punktuelte flussage über den tatsächlichen Temperatur- und Druckzustand des Prozesses möglich war. Für die Prozeßoptimierung war dies eine vielfach unzureichende Rusgangsbasis.Previously, only individual temperature sensors with separate data transmission cables, which had to be protected against external interference by protective tubes made of, for example, Inconel, and individual pressure measuring tubes (Bubbler Flir Systems) were lowered into the deep shaft reactor. For reasons of space alone (reducing the cross-section results in a reduction in throughput), it was necessary to limit the number of sensors (e.g. 5 - 10), so that only a point-based flow of information about the actual temperature and pressure state of the process was possible. This was often an inadequate starting point for process optimization.
Hinzu kommt ein gravierender Nachteil der bisher angewendeten separaten Meßeinrichtungen, fluch wenn die einzelnen Sensoren nebeneinander und mit flbstand voneinander in den Tiefschacht hinabgelassen werden, kommt es praktisch unvermeidbar über die Länge des Reaktors zu BerührungsstelLen zwischen einzelnen Kabelschutzrohren. Diese Berührungsstellen wirken als Hindernisse für die Strömung der zu behandelnden Stoffe, die kontinuierlich durch den Tiefschachtreaktor geführt werden. Insbesondere, wenn unerwünschte Festkörper als Begleitstoffe in den zu behandelnden Stoffen enthalten sind, was bei Klärschlamm häufiger vorkommt, kann es leicht zu einem Hängenbleiben dieser Begleitstoffe an den Berührungsstellen kommen. Dies ist dann der flusgangspunkt für die flnsammlung weiterer Feststoffe, die in kurzer Zeit zu einem völligen Verstopfen des Reaktors und im Gefolge zu aufwendigen Reinigungs- und Wartungsarbeiten führen können.There is also a serious disadvantage of the separate measuring devices used to date: if the individual sensors are lowered into the deep shaft next to each other and at a distance from each other, it is practically unavoidable that there will be contact points between individual cable protection pipes along the length of the reactor. These contact points act as obstacles to the flow of the materials to be treated, which are continuously fed through the deep shaft reactor. In particular, if the materials to be treated contain unwanted solids as accompanying substances, which is more common with sewage sludge, these accompanying substances can easily get stuck at the contact points. This is then the starting point for the collection of further solids, which can quickly lead to a complete blockage of the reactor and, as a result, to costly cleaning and maintenance work.
Rufgabe der Erfindung ist es, die Möglichkeiten einer Messung von Druck- und Temperaturwerten in räumlich ausgedehnten Reaktoren so zu verbessern, daß wesentlich mehr Meßwerte (Druck- und Temperaturprofil) erfaßbar sind, ohne die Durchsatzleistung des Reaktors wesentlich zu beeinträchtigen, und daß die Gefahr von "provozierten" Verstopfungen weitgehend beseitigt wird.The aim of the invention is to improve the possibilities of measuring pressure and temperature values in spatially extended reactors so that significantly more measured values (pressure and temperature profile) can be recorded without significantly affecting the throughput of the reactor and that the risk of "provoked" blockages is largely eliminated.
t * f** Mil f Mt * f** Mil f M
Gelöst wird diese flufgabe erfindungsgemäß durch eine Sonde mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 20 angegeben.This problem is solved according to the invention by a probe with the features of patent claim 1. Advantageous further developments of this invention are specified in the subclaims 2 to 20.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Sensorik und die erforderlichen MeGwertübertragungseinrichtungen körperlich zu einem nach außen einheitlichen strangförmigen Gebilde zu vereinen, so daß die zuvor beschriebenen Berührungsstellen, die den flusgangspunkt für Verstopfungen des Reaktorraums bilden, völlig vermieden werden. Zur Temperaturmessung wird ein einerseits platzsparendes und andererseits äußerst leistungsfähiges als Temperatursensorkabel ausgebildetes LichtwelLenleiterkabel herangezogen, das innerhalb oder außerhalb an einem langgestreckten Profil (Tragkörper) befestigt ist, das als Hohl- oder Vollprofil ausgebildet sein kann und vorzugsweise einen im wesentlichen gleichbleibenden, insbesondere einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Derartige Temperatursensorkabel sind mindestens seit flnfang der 80er Jahre bekannt (z.B. Firmenschrift GESO Gesellschaft für Sensorik, geotechnischen Umweltschutz und mathematische Modellierung mbH, Jena). Sie beruhen auf dem Prinzip, daß das Licht eines ImpulsLasers, das in einen Lichtwellenleiter eingekoppelt wird, an den Molekülen des* Lichtwellenleiters gestreut wird. Die Intensität und spektrale Zusammensetzung des rückgestreuten Lichtes ist detektierbar. Da die spektrale Zusammensetzung von der jeweiligen Temperatur des Lichtwellenleiters am Ort der Rückstreuung beeinflußt wird, läßt sich mit Hilfe mathematischer Methoden unter Berücksichtigung der Signallaufzeiten und der bekannten Lichtgeschwindigkeit nicht nur die Höhe der Temperatur, sondern auch der zugehörige Ort, also die genaue relative Lage entlang der Länge des Lichtwellenleiterkabels bestimmen, fluf diese Weise besteht die Möglichkeit, mit Hilfe eines einzigen Lichtwellenleitersensorkabels genaue Temperaturprofile über die Länge des Kabels zu messen. Die flufLösungsgenauigkeit liegt gegenwärtig beiA basic idea of the present invention is to physically combine the sensors and the required measurement value transmission devices into a strand-like structure that is uniform on the outside, so that the previously described contact points, which form the starting point for blockages in the reactor chamber, are completely avoided. For temperature measurement, a fiber optic cable designed as a temperature sensor cable is used, which is on the one hand space-saving and on the other hand extremely powerful, which is attached inside or outside to an elongated profile (support body) that can be designed as a hollow or solid profile and preferably has an essentially constant, in particular a circular cross-section. Such temperature sensor cables have been known at least since the beginning of the 1980s (e.g. company publication GESO Gesellschaft für Sensorik, geotechnischen Umweltschutz und Mathematik Modellierung mbH, Jena). They are based on the principle that the light of a pulse laser that is coupled into an optical fiber is scattered by the molecules of the optical fiber. The intensity and spectral composition of the backscattered light can be detected. Since the spectral composition is influenced by the respective temperature of the optical fiber at the location of the backscatter, mathematical methods can be used, taking into account the signal propagation times and the known speed of light, to determine not only the level of the temperature, but also the associated location, i.e. the exact relative position along the length of the optical fiber cable. This makes it possible to measure precise temperature profiles over the length of the cable using a single optical fiber sensor cable. The solution accuracy is currently at
etwa 0,1 K hinsichtlich der Temperatur und bei etwa 0,25 m hinsichtlich der Ortslage. Um einen das Meßergebnis verfälschenden Einfluß wechselnder Umgebungsdrücke auf das LichtwelLenLeiterkabel auszuschließen, sollte dieses druckgeschützt im Inneren des Tragkörpers untergebracht oder bei äußerer Rnbringung am Tragkörper durch eine druckfeste röhrchenförmige Umhüllung geschützt sein. Um die Temperaturmessung nicht zu träge werden zu lassen, muß eine solche Umhüllung ebenso wie weitere ggf. zwischen den Lichtwellenleiterfasern und dem Prozeßmedium befindliche Materialien eine ausreichende, d.h. möglichst gute Wärmeleitfähigkeit aufweisen, so daß Temperaturveränderungen schnell bis zum Lichtwellenleiterkabel durchschlagen können. Um neben dem Temperaturprofil entlang dem Tragkörper auch gleichzeitig ein Druckprofil messen zu können, ist anstelle der herkömmlichen, platzraubenden Druckmeßrohre der Einsatz eines weiteren Lichtwellenleiterkabels als DruckgeberkabeL vorgesehen. Aufgrund von dessen extrem platzsparenden Bauweise kann man ohne Probleme eine große Vielzahl von Meßstelten entlang dem Tragkörper leitungsmäßig erreichen. Eine bevorzugte flusführungsform sieht vor, die einzelnen Fasern des Lichtwellenleiterkabels in unterschiedlicher Länge auszuführen und jeweils an einer Meßstelle in einer Lichtwellenleiterumlenkeinrichtung enden zu lassen, die druckabhängig unterschiedliche Umlenkeffekte bewirkt, so daß aus den zurückgeleiteten Signalen eine Druckbestimmung möglich wird. Der Ort der Meßstelle ist dabei von vornherein für die einzelnen Fasern des Lichtwellenleiterkabels festgelegt. Da die Temperatur am Meßort das Druckmeßergebnis beeinflußt, ist bei der Auswertung je nach Meßgenauigkeitsanforderung gegebenenfalls eine Kompensation dieses Einflusses erforderlich. Im Prinzip ist es möglich, das Lichtwellenleiterkabel CDruckgeberkabel) ähnlich wie bei der Temperaturmessung auch unmittelbar als Drucksensorkabel zu betreiben. Ruf diese besonders bevorzugte Weise Läßt sich eine kontinuierlicheabout 0.1 K in terms of temperature and about 0.25 m in terms of location. In order to exclude the influence of changing ambient pressures on the fiber optic cable, which could distort the measurement result, it should be housed in a pressure-protected manner inside the support body or, if attached externally to the support body, protected by a pressure-resistant tubular sheath. In order to prevent the temperature measurement from becoming too slow, such a sheath, as well as any other materials located between the fiber optic fibers and the process medium, must have sufficient, i.e. as good as possible, thermal conductivity so that temperature changes can quickly penetrate through to the fiber optic cable. In order to be able to measure a pressure profile along the support body as well as the temperature profile, the use of another fiber optic cable as a pressure sensor cable is planned instead of the conventional, space-consuming pressure measuring tubes. Due to its extremely space-saving design, a large number of measuring points along the support body can be reached without any problems. A preferred form of flow routing provides for the individual fibers of the fiber optic cable to be designed in different lengths and to end in a fiber optic deflection device at a measuring point, which causes different deflection effects depending on the pressure, so that pressure can be determined from the returned signals. The location of the measuring point is determined from the outset for the individual fibers of the fiber optic cable. Since the temperature at the measuring point influences the pressure measurement result, compensation for this influence may be necessary during evaluation depending on the measurement accuracy requirement. In principle, it is possible to operate the fiber optic cable (pressure sensor cable) directly as a pressure sensor cable, similar to temperature measurement. In this particularly preferred manner, continuous
Messung entlang dem Tragkörper realisieren. Da die Druckmeßstellen dem Druck des Prozeßmediums ausgesetzt sein müssen, empfiehlt sich eine Befestigung des Druckgeberkabels an der Rußenseite des Tragkörpers, vorzugsweise innerhalb einer entsprechenden Längsnut in der Rußenoberflache, so daß keine vorstehenden Teile aus der möglichst glatt ausgeführten Oberfläche herausragen, die die Strömung des Prozeßmediums in unerwünschter Weise beeinträchtigen könnten. Selbstverständlich könnte das Druckgeberkabel auch im Inneren des Tragkörpers angeordnet sein. Dann müßten aber zumindest im Bereich der vorgesehenen Meßstellen Möglichkeiten (z.B. öffnungen im Tragkörper) für die Druckeinwirkung des Prozeßmediums geschaffen werden.Measurement along the support body. Since the pressure measuring points must be exposed to the pressure of the process medium, it is recommended that the pressure sensor cable be attached to the soot side of the support body, preferably within a corresponding longitudinal groove in the soot surface, so that no protruding parts protrude from the surface, which should be as smooth as possible, which could adversely affect the flow of the process medium. Of course, the pressure sensor cable could also be arranged inside the support body. In this case, however, options (e.g. openings in the support body) for the pressure effect of the process medium would have to be created at least in the area of the intended measuring points.
Rnhand der in den Figuren dargestellten schematischen Rusführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using the schematic examples shown in the figures. They show:
Figur 1 eine teilweise geschnittene Rnsicht einer erfindungsgemäßen Sonde mit Hohlprofil,Figure 1 is a partially sectioned view of a hollow profile probe according to the invention,
Figur 2 einen Querschnitt gemäB Figur 1,Figure 2 shows a cross section according to Figure 1,
Figur 3 einen teilweisen Längsschnitt gemäß Figur 1,Figure 3 shows a partial longitudinal section according to Figure 1,
Figur 4 einen Längsschnitt des freien Endes der Sonde gemäß Figur 1,Figure 4 is a longitudinal section of the free end of the probe according to Figure 1,
Figur 5 und 6 Querschnitte abgewandelter Rusfiihrungsformen der Sonde,Figures 5 and 6 Cross sections of modified designs of the probe,
Figur 7 einen längsgeschnittenen Tiefschachtreaktor mit eingeführter Sonde undFigure 7 shows a longitudinal section of a deep shaft reactor with an inserted probe and
Figur 6 und 9 räumLiche Unordnungen der erfindungsgemäBen Sonde.Figures 6 and 9 show spatial disorders of the probe according to the invention.
Die in den Figuren 1 bis 4 dargesteLLte Sonde weist in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung einen aLs HohLprofiL (Rohr mit kreisrundem Querschnitt) aus mehreren Schichten unterschiedLicher MateriaLien zusammengesetzten Grundkörper 1 auf. Letzterer beinhaLtet einen druckfesten äußeren ManteL in Form eines Mantelrohres 4, das z.B. aus EdeLstahL oder einer korrosionsbeständigen Sonderlegierung wie etwa InconelL besteht und daher vergleichsweise gute Wärmeleiteigenschaften hat. Es ist auch denkbar, ein soLches ManteLrohr aus einem Kunststoff zu bilden, dem zur Verbesserung des WärmeLeitkoeffizienten spezieLLe Zusätze zugegeben worden sein können. Ob Kunststoffe hierfür in Frage kommen., hängt von den jeweiLs vorgesehenen Einsatzbedingungen für die Sonde ab, aLso insbesondere auch von den maximaL zu erwartenden Temperaturen, den Drücken und der zuLässigen Trägheit der MeBwerterfassung bei eintretenden Veränderungen. Weitere bestimmende EinfLußgrößen für die WerkstoffauswahL sind insbesondere die Rgressivität und der RbrasionseinfLuß des zu behandeLnden Mediums.In a preferred development of the invention, the probe shown in Figures 1 to 4 has a base body 1 composed of several layers of different materials as a hollow profile (pipe with a circular cross-section). The latter contains a pressure-resistant outer jacket in the form of a jacket pipe 4, which is made of, for example, stainless steel or a corrosion-resistant special alloy such as Inconel and therefore has comparatively good thermal conduction properties. It is also conceivable to form such a jacket pipe from a plastic to which special additives can be added to improve the thermal conductivity coefficient. Whether plastics are suitable for this purpose depends on the intended operating conditions for the probe, in particular on the maximum expected temperatures, pressures and the permissible inertia of the measurement value recording when changes occur. Other determining factors for the choice of material are in particular the aggressiveness and the abrasive influence of the medium to be treated.
RLs nächste Schicht ist auf der Innenseite des ManteLrohres 4 eine Zwischenschicht 5 aus mögLichst gut wärmeLeitendem FüLlmateriaL angeordnet, in die das über die gesamte Länge des Tragkörpers 1 verkaufende TemperatursensorkabeL 2 eingebettet ist. Letzteres besteht aus einem Hin- und einem RückLeiter mit einer SchLeife 12 am freien Ende der Sonde (Figur 4). Die SchLeife 12 ist so geführt, daß ein mögLichst großer Biegeradius gewährLeistet ist. Durch das ManteLrohr 4 ist das TemperatursensorkabeL 2 vor dem Druck des Prozeßmediums geschützt. Rn die innere ZyLinderoberfLache der Zwischenschicht 5 schLießen sich unmittelbar eine Wärmeisolierschicht 6 und ein Medienrohr 7 an, das z.B. aus einem metallischen Werkstoff besteht. Wenn das Medienrohr 7 bereitsThe next layer is an intermediate layer 5 made of the best possible heat-conducting filler material on the inside of the jacket tube 4, in which the temperature sensor cable 2 is embedded, which runs along the entire length of the support body 1. The latter consists of a forward and a return conductor with a loop 12 at the free end of the probe (Figure 4). The loop 12 is guided in such a way that the largest possible bending radius is ensured. The jacket tube 4 protects the temperature sensor cable 2 from the pressure of the process medium. The inner cylinder surface of the intermediate layer 5 is immediately followed by a heat-insulating layer 6 and a media pipe 7, which is made of a metallic material, for example. If the media pipe 7 is already
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selbst aus einem wärmeisolierenden Material besteht, kann auf eine gesonderte Isolierschicht 6 verzichtet werden. In dieser Rusführungsform erlaubt die erfindungsgemäße Sonde über die eigentlichen Temperatur- und Druckmeßaufgaben hinaus auch die Einleitung und/oder flbleitung von Fluiden in den oder aus dem Reaktorraum, da der Innenraum &dgr; des Medienrohres 7 durch eine oder bei Bedarf auch mehrere öffnungen 9 in der Wand der Sonde zum Reaktorraum hin offen ist. Selbstverständlich könnten im Inneren der Sonde auch mehrere derartige Medienrohre nebeneinander geführt sein. Wegen der von dem Prozeßmedium im Regelfall abweichenden Temperatur des durch das Medienrohr 7 geführten Fluids ist eine gute Wärmeisolierung der Isolierschicht erforderlich, damit keine unzulässige Meßwertverfälschung bei der Temperaturmessung eintritt. Das oder die Medienrohre können auch für zusätzliche Meßaufgaben verwendet werden, indem Sensoren und Datenübertragungsleitungen zur Bestimmung weiterer chemischer oder physikalischer ProzeGgrößen durch diese Rohre geführt werden. Es könnte auch z.B. eine Mikrokamera zur Inspektion des Reaktorraums eingeführt werden. Zur Ermittlung der Meßwerte des Druckprofils ist ein als Drucksensorkabel ausgebildetes Lichtwellenleiterkabel (DruckgeberkabeL 3) in einer Längsnut 14 außen am Mantelrohr 4 des Tragkörpers 1 befestigt. Somit stehen über die gesamte Länge der Sonde keine Teile aus der gleichbleibend kreisrunden Querschnittskontur nach außen vor. Das bedeutet, daß die Durchströmung des Reaktorraums nur minimal beeinträchtigt wird und eine Einführung der Sonde problemlos (kein Verhaken möglich) durch eine entsprechende kreisrunde öffnung in der Wand des zu überwachenden Reaktors gewährleistet ist. Wie Figur 4 erkennen läßt, weist auch das Druckgeberkabel 3 einen Hin- und einen Rückleiter mit einer schleifenförmigen Umlenkung 13 am freien Ende der Sonde auf. Um den Krümmungsradius an der Schleife 13 wesentlich größer machen zu können, als dies der Breite und Tiefe der Längsnut 14 entspricht, ist an das freie Ende eine stirnseitige Schutzkappe 11 angesetzt, die eineitself consists of a heat-insulating material, a separate insulating layer 6 can be dispensed with. In this embodiment, the probe according to the invention allows, in addition to the actual temperature and pressure measuring tasks, the introduction and/or discharge of fluids into or out of the reactor chamber, since the interior δ of the media pipe 7 is open to the reactor chamber through one or, if necessary, several openings 9 in the wall of the probe. Of course, several such media pipes could also be routed next to one another inside the probe. Because the temperature of the fluid guided through the media pipe 7 usually differs from the process medium, good thermal insulation of the insulating layer is necessary so that no unacceptable measurement value falsification occurs during temperature measurement. The media pipe or pipes can also be used for additional measuring tasks by guiding sensors and data transmission lines through these pipes to determine other chemical or physical process variables. A micro camera could also be introduced, for example, to inspect the reactor chamber. To determine the measured values of the pressure profile, a fiber optic cable (pressure sensor cable 3) designed as a pressure sensor cable is fastened in a longitudinal groove 14 on the outside of the casing tube 4 of the support body 1. This means that no parts of the consistently circular cross-sectional contour protrude outwards over the entire length of the probe. This means that the flow through the reactor chamber is only minimally impaired and the probe can be inserted without any problems (no snagging possible) through a corresponding circular opening in the wall of the reactor to be monitored. As can be seen in Figure 4, the pressure sensor cable 3 also has a forward and a return conductor with a loop-shaped deflection 13 at the free end of the probe. In order to be able to make the radius of curvature on the loop 13 significantly larger than the width and depth of the longitudinal groove 14, a protective cap 11 is attached to the free end, which has a
Einführöffnung aufweist, so daß die 5chLeife 13 in diese Schutzkappe geschützt eingebracht werden kann. Neben der Gefahr eines Brechens des LichtweLLenLeiterkabeLs ist mit einem kleinen Biegeradius auch die Gefahr von Meßwertverfälschungen erhöht. Um den Reaktorraum an der EinführstelLe der Sonde einfach abdichten zu können, weist die Sonde an ihrem mit den flnschlußLeitungen versehenen Ende ein flnschlußstück auf, das aus einem flnschlußfLansch 20 und einem Rohransatz 19 besteht. Dieser Rohransatz 19, dessen Innendurchmesser dem Rußendurchmesser des Tragkörpers 1 entspricht, ist mit Letzterem im Überlappungsbereich druckdicht verbunden. Die Längsnut 14, durch die das Druckgeberkabel 3 geführt ist, ist im Überlappungsbereich zwischen dem Rohransatz 19 und dem Mantelrohr 4 mit einer Dichtmasse verfülLt, so daß bei dichter flnlage des Flansches 20 an die Reaktorwand der Reaktorraum nach außen hin abgedichtet ist.In addition to the risk of the optical fiber cable breaking, a small bending radius also increases the risk of measurement value falsification. In order to be able to easily seal the reactor chamber at the insertion point of the probe, the probe has a connection piece at its end provided with the connection lines, which consists of a connection flange 20 and a pipe extension 19. This pipe extension 19, the inside diameter of which corresponds to the diameter of the support body 1, is connected to the latter in a pressure-tight manner in the overlap area. The longitudinal groove 14, through which the pressure sensor cable 3 is guided, is filled with a sealing compound in the overlap area between the pipe extension 19 and the jacket pipe 4, so that when the flange 20 is tightly fitted to the reactor wall, the reactor chamber is sealed to the outside.
In Figur 5 ist eine Variante der erfindungsgemäßen Sonde ohne ein zentrales Medienrohr dargestellt. Der Tragkörper 1 ist hierbei als dickwandiges Mantelrohr -4 ausgeführt, in dessen Innerem der Hin- und Rückleiter des Temperatursensorkabels 2 verlaufen. Der verbleibende Raum ist wiederum mit einem Füllmaterial entsprechend der Zwischenschicht 5 (Figur 2) ausgefüllt. Die Fasern des Temperatursensorkabels 2 sind von einer röhrchenförmigen Umhüllung 10 (z.B. aus Stahl) umgeben. Die Lichtwellenleiterkabel 3 zur Druckmessung sind wiederum in einer Längsnut 14 verlegt,Figure 5 shows a variant of the probe according to the invention without a central media pipe. The support body 1 is designed as a thick-walled jacket pipe -4, inside of which the forward and return conductors of the temperature sensor cable 2 run. The remaining space is again filled with a filling material corresponding to the intermediate layer 5 (Figure 2). The fibers of the temperature sensor cable 2 are surrounded by a tubular sheath 10 (e.g. made of steel). The fiber optic cables 3 for pressure measurement are again laid in a longitudinal groove 14.
RIs weitere Variante ist in Figur 6 ein Tragkörper 1 aus einem Vollprofil im Querschnitt dargestellt. Diese flusführungsform kommt insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffen aLs Tragkörperwerkstoff in Frage.Another variant is shown in Figure 6, a support body 1 made of a solid profile in cross section. This type of flow guidance is particularly suitable when plastics are used as the support body material.
ft »I · tt I * * V tft »I · tt I * * V t
Figur 7 zeigt in einem schematischen Längsschnitt am Beispiel eines Vertikalschachtreaktors von z.B. 1800 m Länge, der für die Naßoxidation von Klärschlamm eingesetzt werden soll, wie die erfindungsgemäße 5onde im Reaktorraum angeordnet ist. Der Vertikalschachtreaktor besteht im wesentlichen aus zwei koaxial ineinander geführten Rohren CRbstromrohr 22 und Rufstromrohr 23), die beispielsweise aus korrosionsfestem Stahl hergestellt sind und in ein Bohrloch hinabgelassen wurden und daher nicht mehr von der Seite her zugänglich sind. Das äußere Rohr ist zusätzlich noch von einer beispielsweise aus Beton bestehenden ReaktorumhülLung 21 umgeben. Beide Rohre sind an ihrer oberirdischen Stirnseite - abgesehen von flnschlußleitungen - dicht verschlossen. Das flufstromrohr 23 ist auch an seiner unterirdischen Stirnseite (Reaktorboden) dicht verschlossen, während das Rbstromrohr 22 mit Rbstand offen über den Boden des Reaktors endet. Ruf diese Weise ist der Reaktorraum 15 in einen zentralen Rbstromraum und einen diesen peripher umgebenden Rufstromraum unterteilt. Der zu behandelnde Klärschlamm kann durch eine Einlaßleitung 25 in das flbstromrohr 22 eingeführt werden und strömt unter zunehmender Temperatur und zunehmendem hydrostatischen Druck nach unten in die eigentliche Oxidationszone, die im Nahbereich des Reaktorbodens liegt, flnschließend wird der oxidierte heiße Schlamm mit den Reaktionsprodukten durch den Ringraum des Rufstromrohrs 23 nach oben gefördert und gibt unterwegs einen Großteil seiner Wärme zur Vorwärmung des der Oxidationszone frisch zuzuführenden Klärschlamms (durch die Wand des Rbstromrohrs 22) ab. Der behandelte Schlamm wird dann durch eine Ruslaßleitung 26 oberirdisch abgezogen. Um die gewünschte chemische Reaktion ablaufen Lassen zu können, muß in der Oxidationszone nicht nur eine für die Naßoxidation ausreichende Temperatur und ein ausreichend hoher Druck herrschen, sondern es muß auch ein ausreichendes Sauerstoffangebot bestehen. Letzteres wird imFigure 7 shows in a schematic longitudinal section using the example of a vertical shaft reactor of, for example, 1800 m length, which is to be used for the wet oxidation of sewage sludge, how the probe according to the invention is arranged in the reactor space. The vertical shaft reactor essentially consists of two pipes (downstream pipe 22 and downstream pipe 23) which are guided coaxially into one another and which are made, for example, of corrosion-resistant steel and have been lowered into a borehole and are therefore no longer accessible from the side. The outer pipe is additionally surrounded by a reactor casing 21 made, for example, of concrete. Both pipes are tightly sealed on their above-ground front side - apart from the connecting lines. The downstream pipe 23 is also tightly sealed on its underground front side (reactor floor), while the downstream pipe 22 ends openly above the floor of the reactor with a gap. In this way, the reactor chamber 15 is divided into a central flow chamber and a peripheral flow chamber. The sewage sludge to be treated can be introduced into the flow pipe 22 through an inlet line 25 and flows downwards into the actual oxidation zone, which is located in the vicinity of the reactor floor, at increasing temperature and increasing hydrostatic pressure. The oxidized hot sludge with the reaction products is then conveyed upwards through the annular space of the flow pipe 23 and releases a large part of its heat on the way to preheat the sewage sludge to be freshly fed into the oxidation zone (through the wall of the flow pipe 22). The treated sludge is then discharged above ground through a soot outlet line 26. In order to allow the desired chemical reaction to take place, the oxidation zone must not only have a temperature and a pressure that are sufficient for wet oxidation, but there must also be a sufficient supply of oxygen. The latter is
dargestellten Fall mittels einer erfindungsgemäßen Sonde bewerkstelligt, die wie in Figur 1 bis 4 ausgeführt, also mit einem Medienrohr ausgestattet ist und die gezielte Einleitung eines sauerstoffhaltigen Gases durch eine öffnung 9 in die Oxidationszone erlaubt. Das sauerstoffhattige Gas wird dabei über eine RnschluGleitung 24 in das Hedienrohr des Tragkörpers 1 befördert. Um den Oxidationsprozeß überwachen und steuern zu können, werden die über die Lichtwellenleiterkabel erhaltenen MeSsignale einer Ruswerteelektronik 27 zugeführt und in Temperatur- und Druckwerte umgesetzt, die jeweils bestimmten Orten entlang der Längserstreckung des Tragkörpers 1 der Sonde und damit jeweils einer bestimmten Tiefenlage des Reaktorraums zugeordnet sind, also ein Temperatur- und Druckprofil über die Tiefe des Reaktors Liefern.In the case shown, this is accomplished by means of a probe according to the invention, which is designed as in Figures 1 to 4, i.e. is equipped with a media pipe and allows the targeted introduction of an oxygen-containing gas through an opening 9 into the oxidation zone. The oxygen-containing gas is conveyed via a connecting line 24 into the media pipe of the support body 1. In order to be able to monitor and control the oxidation process, the measurement signals received via the fiber optic cables are fed to a temperature electronics 27 and converted into temperature and pressure values, which are each assigned to specific locations along the longitudinal extension of the support body 1 of the probe and thus to a specific depth of the reactor space, i.e. provide a temperature and pressure profile over the depth of the reactor.
Die Figuren 8 und 9 zeigen, daß dem Tragkörper 1 der Sonde durch entsprechendes Biegen eine dauerhafte Raumform Cz.B. Wendelform) erteilt werden kann, die der Form eines anders als in Figur 7 dimensionierten Reaktorraums 15 entspricht. Ruf diese Weise lassen sich regelrechte Raumprofile für Druck und Temperatur ermitteln, während der Einsatzfall gemäß Figur 7 nur eindimensionale Profile liefert. Vorteilhaft ist es, wie dies in Figur 8 und 9 dargestellt ist, einen Endabschnitt der Sonde zentral (axial) durch die Wendel 16 zu führen, so daß ein größerer Teil des Reaktorraum 15 meßtechnisch erfaßbar ist. Die Rnschlüsse 17, 18 für die Lichtwellenleiterkabel können einseitig (Figur ö) oder auch zweiseitig (Figur 18) durch die Reaktorwand geführt sein. In Letzterem Fall erübrigt sich eine Schleifenführung für die LichtwellenLeiterkabel innerhalb der Kontur des Tragkörpers 1, wie sie am Beispiel der Figur 4 gezeigt wurde, so daß der Durchmesser des Tragkörpers 1 deutlich kleiner als der Mindestdurchmesser einer Lichtwellenleiterschleife gehalten werden kann. Für die Zuordnung der Meßwerte zu den räumlich verteilten Meßstellen ist es selbstverständlich erforderlich, eine tabellarischeFigures 8 and 9 show that the support body 1 of the probe can be given a permanent spatial shape (e.g. spiral shape) by appropriate bending, which corresponds to the shape of a reactor chamber 15 with dimensions other than those in Figure 7. In this way, proper spatial profiles for pressure and temperature can be determined, whereas the application according to Figure 7 only provides one-dimensional profiles. It is advantageous, as shown in Figures 8 and 9, to guide an end section of the probe centrally (axially) through the spiral 16, so that a larger part of the reactor chamber 15 can be measured. The connections 17, 18 for the optical fiber cables can be guided through the reactor wall on one side (Figure 6) or on both sides (Figure 18). In the latter case, a loop guide for the optical fiber cable within the contour of the support body 1, as shown in the example in Figure 4, is not necessary, so that the diameter of the support body 1 can be kept significantly smaller than the minimum diameter of an optical fiber loop. In order to assign the measured values to the spatially distributed measuring points, it is of course necessary to create a tabular
oder funktionale Zuordnung der Längenwerte der MeOpunkte am Tragkörper 1 zu den Raumdaten des Reaktorraums 15 in der RuswerteeLektronik zu hinterlegen. Damit die gewünschte Raumform auch erhalten bleibt und aufwendige Stützkonstruktionen nicht benötigt werden, sollte der Tragkörper 1 aus einem entsprechend plastisch verformbaren und unter den geforderten Temperaturbedingungen auch formstabilen Material (vorzugsweise metallische Werkstoffe) bestehen.or functional assignment of the length values of the measuring points on the support body 1 to the spatial data of the reactor chamber 15 in the reactor control electronics. In order to maintain the desired spatial shape and to avoid the need for complex support structures, the support body 1 should be made of a material that is plastically deformable and also dimensionally stable under the required temperature conditions (preferably metallic materials).
Die erfindungsgemäGe Sonde ist sehr einfach aufgebaut, läßt sich in beliebigen Längen herstellen, ist somit an eine Vielzahl unterschiedlicher EinsatzfäLLe anpaßbar und liefert zuverlässige Temperatur- und Druckprofile auch für Reaktorräume mit extremen Rbmessungen.The probe according to the invention is very simply constructed, can be manufactured in any length, is thus adaptable to a variety of different applications and provides reliable temperature and pressure profiles even for reactor rooms with extreme Rb dimensions.
Claims (20)
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dadurch gekennzeichnet,16. Probe according to one of claims 1 to 15,
characterized,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9321286U DE9321286U1 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Probe for measuring pressure and temperature profiles |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19934337402 DE4337402A1 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Probe for measuring pressure and temperature profiles |
| DE9321286U DE9321286U1 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Probe for measuring pressure and temperature profiles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9321286U1 true DE9321286U1 (en) | 1997-01-09 |
Family
ID=25930919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9321286U Expired - Lifetime DE9321286U1 (en) | 1993-10-26 | 1993-10-26 | Probe for measuring pressure and temperature profiles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9321286U1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| EP2273171A1 (en) * | 2004-12-13 | 2011-01-12 | Smart Pipe Company, LP. | Method of measuring a leak in a pipe |
| DE102016114918B3 (en) * | 2016-08-11 | 2017-11-02 | Pyro Science Gmbh | Device for determining the concentration of an analyte in a gaseous medium |
-
1993
- 1993-10-26 DE DE9321286U patent/DE9321286U1/en not_active Expired - Lifetime
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