ES2221205T3 - Procedimiento y dispositivo de medicion del tiempo de transferencia de los gases en el seno de un recinto, en particular un horno de cuba. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de medicion del tiempo de transferencia de los gases en el seno de un recinto, en particular un horno de cuba.Info
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Abstract
Procedimiento de medición del tiempo de transferencia de los gases en el seno de un recinto, tal que se efectúan por lo menos una vez las operaciones: - de inyección de un gas denominado gas trazador en un punto A ó A¿ del recinto; - de extracción en un punto B de este recinto el gas presente en el mismo, siendo el punto B diferente del punto A ó A¿; - de determinación por medio de un equipo de detección y análisis de la presencia de gas trazador en el gas extraído en B; - la medición in situ del tiempo de respuesta del equipo efectuando la extracción en B, llamado calibrado del procedimiento, consistiendo dicha medición en inyectar en el punto B, relativo al equipo a calibrar, una cantidad de un gas determinado y medir el tiempo que separa dicha inyección y la detección del gas citado en el equipo de extracción y de detección; - de deducción del tiempo necesario al gas trazador para pasar del punto A ó A¿ al punto B en función de las informaciones obtenidas a propósito del gas trazador a través de los medios de detección; utilizando una sonda o caña de extracción compuesta por lo menos por dos tubos de los que un primer tubo, no utilizado para la extracción, es utilizado para inyectar el gas trazador citado y un segundo tubo es utilizado para extraer el gas presente en el recinto en el punto de extracción, caracterizado porque se efectúa la medición de calibrado por medio de las operaciones siguientes: 1) se envía una mezcla de gaseosa, constituida por un gas preferentemente neutro y un gas trazador, con pequeño caudal en el primer tubo, escapándose dicha mezcla por el extremo de la caña de extracción hacia el recinto; 2) se extrae por el segundo tubo el gas del recinto en el cual se ha mezclado el gas trazador, estando el segundo tubo conectado a los medios de detección; 3) se provoca en un instante t0 un incremento brutal de la presión de la mezcla citada, transmitiéndose el aumento de presión en el primer tubo a su extremo abierto, induciendo en el instante t1 un incremento de caudal; 4) se determina al instante t2 que es el momento en que la variación de la concentración de gas trazador presente en la mezcla es detectada por el dispositivo de análisis al cual está conectado el segundo tubo; 5) se determina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t2-t0.
Description
Procedimiento y dispositivo de medición del
tiempo de transferencia de los gases en el seno de un recinto, en
particular un horno de cuba.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de medición del tiempo de transferencia de los gases
en un recinto, en particular en un horno de cuba tal como un alto
horno, a un dispositivo para su realización y a un procedimiento de
calibrado del dispositivo en cuestión.
Existen un cierto número de procesos industriales
en los que se desea conocer el tiempo necesario a un gas para
recorrer una cierta distancia, usualmente se habla de tiempo de
transferencia en el seno de un recinto. En general este recinto es
opaco, difícil, sino imposible de auscultar por medios físicos,
tales como unas sondas o unas claraboyas, sin que ello provoque unos
gastos de construcción y de explotación prohibitivos.
La medición del tiempo de transferencia está a
menudo basada en una operación de cálculo que es: Tm = Tt - Tmp;
donde
Tm es el tiempo de transferencia de los gases en
el seno del proceso entre dos puntos determinados,
Tt es el tiempo total medido entre el inicio de
la toma de medición y el final de esta medición,
Tmp es el tiempo muerto de extracción.
Es evidente que si el tiempo Tmp es de un orden
de magnitud pequeña con respecto a Tm y Tt, por ejemplo Tmp = 10
segundos, mientras que Tm = 600 segundos, y Tt = 610 segundos, un
error de medición de Tmp resulta despreciable en cuanto a su
influencia sobre la medición de Tm.
Al contrario, cuando se encuentra el caso en que
Tmp es del mismo orden de magnitud que Tm, por ejemplo Tmp = 15
seg., mientras que Tm = 10 seg., y Tt = 25 seg., una estimación
errónea de Tmp resulta muy perjudicial vista su influencia sobre la
medición de Tm.
El procedimiento de medición de la invención es
particularmente apto para ser utilizado en los casos de medición de
tiempos de transferencia Tm de los gases en los que la estimación
del tiempo muerto de extracción Tmp debe ser preciso, a falta de la
cual la medición del tiempo de transferencia Tm pierde todo su
interés visto el error de medición posible por la operación Tm = Tt
- Tmp.
En resumen, se dirá que el procedimiento de
medición de la invención es aplicable a los procedimientos en los
cuales el valor de Tmp no puede ser despreciado en magnitud con
respecto a Tm.
A título de simple ilustración y con fines de
claridad, la descripción que sigue hace más particularmente
transferencia a un alto horno de producción de fundición, proceso en
el cual se encuentran las condiciones citadas previamente en cuanto
a la necesidad de utilización del procedimiento de la invención.
Desde luego que esta descripción no es limitativa y, en particular,
la invención se aplica a cualquier conjunto en el cual se deseen
efectuar ciertas mediciones en un marco análogo al de un alto horno
siderúrgico en lo concierne a las condiciones operativas dictadas
por la construcción de dicho conjunto, como por ejemplo la
dificultad de acceso.
Se sabe que la carga del alto horno está
constituida por capas superpuestas, compuestas alternativamente por
mineral y combustible. Por mineral, se entienden unas materias
ferríferas, generalmente preparadas y aglomeradas o en bolitas y que
pueden contener diversas sustancias, en particular unos fundentes.
Por combustible, se entienden materias carbonadas compuestas
esencialmente de coque.
El mineral y el combustible son cargados en
alternancia en el alto horno de manera que formen, en la altura de
éste, unas capas alternadas de materias ferríferas y de
combustible.
Después del encendido de la carga en el alto
horno, la reducción de los minerales por inyección de aire caliente
da lugar a la elaboración de la fundición que fluye hacia el fondo
de la cuba y es extraída por la parte baja del alto horno.
En el curso del proceso de reducción de los
minerales en el alto horno, es esencial disponer de medios de
medición que permitan controlar y seguir la evolución del proceso en
cuestión.
Un parámetro muy importante en el marco citado es
el conocimiento del campo de velocidad de los gases en el interior
de la carga del alto horno, y esto de forma preferentemente
continua, puesto que se pueden deducir de ello unas informaciones
para optimizar el rendimiento térmico y químico del alto horno en
cuestión.
Más particularmente, se observará que este tipo
de informaciones puede ser utilizado por diversos sistemas, expertos
u otros, para regular la marcha de instalaciones que utilizan unos
hornos de cuba.
Como la detección directa y continua del campo de
velocidad en numerosos puntos del alto horno no es realizable en la
práctica por una cuestión de acceso directo a los puntos en
cuestión, se han desarrollado diferentes procedimientos para evitar
este inconveniente.
Entre los procedimientos conocidos, se observarán
unas mediciones de presión en la pared del alto horno y unas
detecciones de temperatura de la superficie de la carga.
El documento japonés
JP-A-60 049 267 describe un
procedimiento para medir con precisión la velocidad de un gas en un
horno de cuba, que consiste en enviar un gas trazador en el horno a
partir de dispositivos de inyección del gas conectados
respectivamente a una primera caña, llamada caña de inyección del
gas y a una segunda caña, llamada caña de detección. Las dos cañas
están dispuestas en el flujo del gas del horno, a una distancia fija
en altura (L). El primer gas trazador inyectado a nivel de la caña
de inyección recorre esta distancia en el flujo antes de ser
interceptado por la caña de detección conectada a un detector. El
segundo gas trazador es inyectado por un tubo incorporado en la caña
de detección y es directamente interceptado por ésta a la salida del
tubo, de manera que la medición del tiempo pasado por este segundo
gas trazador en la caña de detección permite calibrar el
aparato.
Una vez detectados los gases trazadores después
de haber alcanzado un régimen estacionario, se cierran las válvulas
de admisión de éstos y se miden con el detector los instantes t1 y
t2 en que se producen los decrecimientos de concentración de los dos
gases respectivos. Se deduce de ello entonces la velocidad del gas
que recorre el horno: L / (t2 - t1).
El documento japonés
JP-A-59 009 116 describe también un
procedimiento para determinar la distribución de flujo de gas en un
alto horno midiendo la velocidad de un gas trazador que se desplaza
entre una posición de inyección inferior y una posición de detección
superior. Estas dos posiciones pueden ser variadas en altura de
manera que realicen una detección próxima de una zona de fusión o de
una capa de carga en la que la concentración de gas es máxima. Se
obtiene la distribución de los flujos de gas efectuando una
pluralidad de mediciones en la dirección radial.
La presente invención consiste en un
procedimiento como el reivindicado en las reivindicaciones 1, 3 y 5
y un dispositivo como el reivindicado en las reivindicaciones 8, 9 y
13 que eliminan algunos inconvenientes ligados a los procedimientos
citados por medio de una aproximación diferente centrada sobre al
determinación del tiempo de transferencia medio del gas presente en
el recinto del alto horno entre dos puntos distintos de éste
último.
El procedimiento de medición del tiempo de
transferencia de los gases en el seno de un recinto, en particular
en un horno de cuba tal como un alto horno, está esencialmente
caracterizado porque se efectúa por lo menos una operación en la
cual se inyecta un gas, denominado gas trazador, en un punto A ó A'
del recinto, porque se efectúa por lo menos una operación en la cual
se extrae en un punto B de este mismo recinto el gas presente en el
mismo, siendo el punto A ó A' diferente del punto B, porque se
efectúa por lo menos una operación en la cual se detecta la
presencia del gas trazador en el gas extraído en B, porque se deduce
de ello el tiempo necesario al gas trazador para pasar del punto A ó
A' al punto B en función de las informaciones obtenidas a propósito
de la presencia del gas trazador por medio de un sistema de
detección, y porque se efectúa por lo menos una medición in
situ del tiempo de respuesta del sistema efectuando la
extracción en B, medición denominada calibrado del
procedimiento.
Según una modalidad de realización del
procedimiento de medición de la invención, el gas trazador es
inyectado en un punto de la pared del recinto, preferentemente a
nivel de una tobera cuando tiene lugar la aplicación a un recinto
formado por un horno de cuba, en particular un alto horno.
Según otra modalidad de realización del
procedimiento de medición de la invención, el gas trazador no
reacciona químicamente ni con las sustancias presentes en el
recinto, ni con los productos generados en el mismo.
Según una modalidad preferida de realización del
procedimiento de medición de la invención, el gas trazador es
inyectado en cantidad suficientemente baja para no perturbar el
desarrollo de las reacciones que se efectúan en el interior del
recinto en cuestión.
Según aún otra modalidad de realización del
procedimiento de medición de la invención, la extracción del gas en
el recinto se realiza en varios puntos.
Según una modalidad preferida de realización del
procedimiento de medición de la invención, la extracción del gas se
realiza por medio de una viga, dispuesta encima o debajo del nivel
superior de la carga contenida en el recinto y provista de varios
puntos de extracción.
Según otra modalidad preferida de realización del
procedimiento de medición de la invención, las extracciones se
efectúan por unas sondas que acompañan la carga contenida en el
recinto, en el curso de su movimiento de descenso.
Según aún otra modalidad preferida de realización
del procedimiento de medición de la invención relativa a la
operación de análisis del gas extraído en el recinto, se determina
la concentración de ciertos componentes de dichos componentes de
dicho gas por medio de un espectómetro de masas.
La figura 1 esquematiza la aplicación del
principio del procedimiento de medición de la invención en el caso
del alto horno. Se distingue en la misma el alto horno (1), las
toberas de inyección (2), una viga de medición (3) provista de
varias sondas de extracción (4), estando la viga (3) conectada a un
dispositivo de análisis (5).
En este caso particular de realización, se ha
supuesto que la introducción de gas trazador podría realizarse en
dos puntos tales como A y A', respectivamente (6) que es un orificio
de acceso practicado en la pared del alto horno y (7) que es un
acceso previsto en la tobera de inyección para introducir en la
misma el gas trazador por medio de dispositivos adecuados (8).
La operación de calibrado, de la que se ha
tratado en el procedimiento de medición de la invención, resulta
necesaria a partir del momento en que se desean efectuar unas
mediciones en continuo con unas condiciones de presión y temperatura
variables a nivel de la sonda de extracción. La misma resulta
también necesaria cuando la pérdida de carga en el circuito de
extracción evoluciona en el curso del tiempo, por ejemplo, a
consecuencia del colmatado progresivo de los elementos de filtrado
del gas incluidos en una unidad de extracción del gas.
Una ventaja fundamental del procedimiento de la
invención reside en su aspecto de calibrado in situ, por
oposición a un calibrado efectuado en el laboratorio o en el
exterior del recinto. Es evidente que este tipo de calibrado
efectuado en el mismo lugar de las mediciones permite tener en
cuenta el estado real del dispositivo de extracción.
Según una modalidad de realización del
procedimiento de medición, objeto de la presente invención, la
operación de calibrado consiste en inyectar en el punto de
extracción, relativo al equipo a calibrar, una cantidad de un gas
determinado y en medir el tiempo que separa dicha inyección y la
detección del gas citado en el equipo de extracción y de
detección.
Según una modalidad de realización del
procedimiento de calibrado citado, se utiliza una sonda o caña de
extracción compuesta por lo menos por dos tubos, sirviendo uno por
lo menos de dichos tubos para extraer el gas presente en el recinto
en el punto de extracción y estando conectado a un equipo de
análisis sensible a por lo menos un componente del gas extraído en
el recinto, y sirviendo el otro o por lo menos uno de los otros
tubos presentes para la inyección del gas determinado citado y
estando conectado a un equipo que lo alimenta o los alimenta con el
gas citado.
Según una modalidad de realización del
procedimiento de calibrado citado en la cual se utiliza una sonda o
caña de extracción constituida por lo menos por dos tubos dispuestos
de tal manera que uno por lo menos de dichos tubos sea utilizado
para efectuar la extracción y que uno por lo menos de los otros
tubos, no utilizados para la extracción, sea utilizado para inyectar
el gas trazador en el extremo de la caña de extracción, se efectúan
las operaciones siguientes:
- 1)
- se envía una mezcla gaseosa, constituida por un gas, preferentemente neutro, y gas trazador con abajo caudal en el o los tubos citados utilizados para inyectar el gas trazador, efectuando de esta manera una operación de purga que tiene por objeto llenar por medio de dicha mezcla gaseosa el volumen comprendido en los tubos en cuestión, escapándose dicha mezcla por el extremo de la caña de extracción hacia el recinto,
- 2)
- se extrae por el o los tubos citados, utilizados para la extracción, el gas del recinto al cual se ha mezclado el gas trazador, estando el o los tubos citados utilizados para la extracción conectados al sistema de detección,
- 3)
- se provoca en un instante t0 un incremento brutal de la presión de la mezcla citada transmitiéndose el aumento de presión en el o los tubos citados utilizados para inyectar el gas trazador al extremo abierto de este o estos tubos y produciendo en el mismo en el instante t1 un incremento de caudal que tiene por objeto aumentar el contenido de gas trazador en el gas extraído por el o los tubos citados utilizados para la extracción,
- 4)
- se determina el instante t2 que es el momento en que la variación de la concentración de gas trazador presente en el gas extraído y detectada por el dispositivo de análisis al cual está conectado o están conectados el o los tubos citados utilizados para la extracción en cuestión,
- 5)
- se determina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t2-t0.
La duración t2-t0 es fácilmente
medible y es una buena aproximación de t2-t1. La
diferencia t1-t0 puede en efecto ser despreciada
puesto que la velocidad de transmisión del incremento de la presión
en un tubo, del orden de la velocidad del sonido, es muy netamente
superior a las velocidades habituales de desplazamiento del gas.
Según esta modalidad de realización particular
del procedimiento anterior de calibrado en la cual el gas en el
recinto contiene gas trazador en una concentración medible, se
utiliza en la operación una mezcla gaseosa que no contiene el gas
trazador y se efectúan las mismas operaciones que anteriormente.
Otro procedimiento de calibrado puede también ser
utilizado en el caso en que los circuitos de extracción son cortos,
es decir cuando el tiempo Tmp es inferior por ejemplo a 3 a 4 veces
el tiempo Tm.
Según esta modalidad de realización del
procedimiento de calibrado citado en el cual se utiliza una sonda o
caña de extracción constituida por lo menos por dos tubos dispuestos
de tal manera que uno por lo menos de dichos tubos sea utilizado
para efectuar la extracción y que uno por lo menos de los otros
tubos, no utilizados para la extracción, sea utilizado para inyectar
gas trazador en el extremo de la caña de extracción, se efectúan las
operaciones siguientes:
- 1)
- se envía un gas, llamado de calibrado, exento o con bajo contenido de gas trazador con un caudal tal que la velocidad del gas en el o los tubos utilizados para la inyección sea netamente superior a la del gas en el o los tubos utilizados para la extracción, preferentemente 3 ó 4 veces ésta última,
- 2)
- en un tiempo t0, se envía un impulso o cantidad suplementaria de gas trazador por el o los tubos utilizados para la inyección y éste último llega a la entrada de la caña de extracción, en el instante t1, donde es parcialmente aspirado por dicha caña de extracción,
- 3)
- se detecta en un instante t2 a través del dispositivo de análisis conectado a la caña de extracción una variación de concentración de gas trazador,
- 4)
- se termina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t2-t0 puesto que la diferencia t1-t0 puede ser despreciada si se respetan las condiciones operatorias citadas, es decir si la velocidad en el o los tubos utilizados para la inyección es tal que t1-t0 puede ser considerado como despreciable o si este último puede ser calculado con una precisión suficiente.
Según una modalidad de realización preferida del
procedimiento de calibrado citado, se utiliza una sonda o caña de
extracción compuesta por dos tubos coaxiales, estando uno conectado
para realizar la inyección del gas trazador y el otro para extraer
el gas presente en el recinto.
A fin de utilizar las modalidades anteriores de
realización de la operación de calibrado, se han esquematizado estas
operaciones, es decir que se ha omitido representar todo lo que no
era necesario para la buena comprensión de las operaciones de
calibrado, en el caso de sondas o cañas constituidas por tubos
coaxiales, de manera que:
la figura 3a se aplica al caso en que se envía
una mezcla gaseosa, constituida por un gas, perfectamente neutro, y
de gas trazador a bajo caudal en el tubo utilizado para inyectar el
gas trazador y en el que se provoca en un instante t0 un incremento
brutal de la presión de la mezcla citada, y que
la figura 3b se aplica en el caso en que los
circuitos de extracción son cortos y en el que se envía un gas,
llamado de calibrado, exento o con bajo contenido de gas trazador,
con un caudal tal que la velocidad del gas en el tubo utilizado para
la inyección sea netamente superior a la del gas en el tubo
utilizado para la extracción y en el que se detecta en un instante
t2 a través del dispositivo de análisis conectado a la caña de
extracción una variación de concentración de gas trazador.
Si se hace referencia ahora a la figura 3a que
esquematiza un dispositivo para la realización del procedimiento de
medición según la invención en el contexto de un alto horno que
utiliza una sonda (4) de extracción con doble pared, se puede
describir la operación anterior de calibrado como sigue:
- -
- estando el tubo interior (17) en extracción, se efectúa la purga enviando una mezcla que contiene gas trazador que se encuentra en el depósito (20) a sobrepresión con respecto al recinto del alto horno, esta mezcla es introducida a bajo caudal en el tubo exterior (16) por medio de la válvula telemandada (18);
- -
- se efectúa la purga en un tiempo suficientemente largo para permitir un llenado completo del volumen comprendido entre los tubos interior (17) y exterior (16), esta mezcla se escapa entonces por el extremo de la sonda y se mezcla con el gas de alto horno que pasa por este punto;
- -
- se extrae una parte del gas a través del tubo (17) y se analiza por medio del detector (15) que detectará una baja concentración de gas trazador;
- -
- se abre la válvula telemandada (19) en el instante t0 durante un tiempo corto lo que provoca un impulso de presión, puesto que el circuito de la válvula (19) está ideado de manera que presente una pérdida de carga netamente más baja que el circuito de la válvula (18); de ello resulta que el impulso de presión se propaga rápidamente a la velocidad del sonido en el gas hasta el extremo del tubo (16) donde provoca un incremento del caudal en el extremo de la sonda (4), y por consiguiente un aumento de la concentración de gas trazador del gas de alto horno que pasa por la proximidad del extremo del tubo (17) tiene lugar en el momento t1;
- -
- se detectará el momento t2 a través del detector (15) un aumento del contenido de gas trazador;
- -
- se determina al tiempo de transferencia en el alto horno por la operación t2-t0 puesto que t1-t0 es despreciable vistas las condiciones operativas, puesto que la velocidad del sonido en un tubo es de un orden de magnitud varias veces superior a la velocidad de desplazamiento del gas.
Haciendo referencia a la figura 3b, se puede
proceder a la operación de calibrado citada como sigue:
- -
- se utiliza una sonda (4) o caña de extracción con doble pared constituida por dos tubos concéntricos dispuestos de tal manera que el tubo interior (17) sea utilizado para efectuar la extracción y que el tubo exterior (16) sea utilizado para enviar gas al extremo de la caña de extracción, estando el tubo interior (17) en extracción, se efectúan las operaciones siguientes:
- -
- se envía, por acción sobre la válvula (21) mandada a distancia, un gas, llamado de calibrado, exento o con bajo contenido de gas trazador, salido del depósito (22), siendo dicho gas enviado a un caudal tal que la velocidad del gas en el tubo exterior (16) sea netamente superior a la del gas en la caña de extracción o tubo interior (17), preferentemente 3 a 4 veces ésta última,
- -
- en un tiempo t0, se envía, abriendo brevemente la válvula (18) conectada al depósito (20) que contiene gas trazador, un impulso o cantidad suplementaria de gas trazador en el gas de calibrado introducido en el tubo exterior (16) y este último llega a la entrada de la caña de extracción (4) en el instante t1 donde es parcialmente aspirado por dicha caña de extracción (4) y pasa al tubo interior (17),
- -
- se detecta en un instante t2 a través del dispositivo (15) de análisis conectado a la caña de extracción (4) en cuestión una presencia mayor de gas trazador,
- -
- se determina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t2-t0 puesto que la diferencia t1-t0 puede ser despreciada si se respetan las condiciones operativas citadas, es decir si la velocidad en el tubo exterior es tal que t1-t0 puede ser considerado como despreciable o si éste último puede ser calculado con una precisión suficiente.
Según otra modalidad de realización de la
operación de calibrado, de acuerdo con la presente invención, en la
cual se utiliza una sonda de extracción con un solo tubo,
aplicándose ésta en el caso en que el contenido de componente
analizado del gas del recinto difiere suficientemente del contenido
de este componente en un gas llamado de purga para que la transición
del uno al otro sea detectable por el sistema de análisis, estando
una válvula de parada dispuesta sobre el circuito de extracción, se
efectúan las operaciones siguientes:
- 1)
- se abre una válvula de parada dispuesta sobre el circuito de extracción de manera que se ponga éste último en conexión con el dispositivo de análisis;
- 2)
- se abre una válvula de purga de manera que envíe al circuito de extracción citado un gas, llamado de purga, diferenciable del gas del recinto por uno de sus componentes detectables selectivamente por el equipo de análisis, siendo dicha operación efectuada durante un tiempo suficientemente largo para que la totalidad de la sección de tubería que va de la válvula de purga al detector incluido en el equipo de análisis del gas extraído sea purgada;
- 3)
- se cierra a continuación la válvula de parada dispuesta sobre el circuito de extracción y se deja la operación de purga proseguir en dirección al recinto y esto durante un tiempo suficientemente largo para que la tubería y las instalaciones situadas entre la válvula de parada y la sonda de extracción estén totalmente llenas de gas de purga de manera que se elimine, tanto de los circuitos de extracción como de acondicionamiento del gas extraído, cualquier traza de gas del recinto;
- 4)
- se cierra a continuación la válvula de purga y se espera que la presión del circuito de extracción, por el lado válvula de purga, sea igual a la presión que reina en el recinto;
- 5)
- se abre la válvula de parada dispuesta sobre el circuito de extracción en el instante t0 y se detecta en el instante t1 en que el equipo de determinación de la composición del gas extraído detecta la composición del gas del recinto al cual es sensible,
- 6)
- se determina al tiempo de transferencia en el circuito de extracción por la operación t1-t0 lo que permite su calibrado.
La figura 4 ilustra una manera de proceder al
calibrado explicado en la modalidad anterior en la cual se utiliza
una sonda (4) de extracción con un solo tubo y el gas presente en la
cuba contiene el gas trazador en cantidad detectable o uno de los
componentes del gas de la cuba puede ser detectado selectivamente
por el equipo (15) de análisis del gas extraído, estando una válvula
de parada (23) dispuesta sobre el circuito de extracción, se
efectúan las operaciones siguientes:
- 1)
- se abre una válvula de parada (23) dispuesta sobre el circuito de extracción de manera que éste último esté en modo de extracción;
- 2)
- se abre una válvula de purga (21) de manera que envíe, a partir del depósito (22), al circuito de extracción citado un gas llamado de purga, diferenciable del gas de proceso por su contenido de gas trazador o de uno de sus componentes detectables selectivamente por el equipo de análisis (15) de gas extraído, siendo dicha operación efectuada durante un tiempo suficientemente largo para que la totalidad de la sección de tubería que va de la válvula de purga (21) al detector incluido en el equipo de determinación (15) de la composición del gas extraído sea purgada del gas de proceso;
- 3)
- se cierra a continuación la válvula de parada (23) dispuesta sobre el circuito de extracción y se deja proseguir la operación de purga en dirección a la cuba y esto durante un tiempo suficientemente largo para que la tubería y las instalaciones situadas entre la válvula de parada (23) y la sonda de extracción (4) estén también llenas de gas de purga de manera que se elimine, tanto de los circuitos de extracción como de acondicionamiento del gas extraído, cualquier traza de gas detectable por las instalaciones de medición;
- 4)
- se cierra a continuación la válvula de purga (21) y se espera que la presión del circuito de extracción, por el lado de la válvula de purga, sea igual a la presión que reina en la cuba;
- 5)
- se abre una válvula de parada (23) dispuesta sobre el circuito de extracción conectado a la sonda (4) en el instante t0 y se detecta el instante t1 en que el equipo de determinación (15) de la composición del gas extraído detecta el componente del gas de la cuba al cual es sensible.
La duración t1-t0 da el tiempo de
transferencia en el circuito de extracción y permite su
calibrado.
Según aún otra modalidad de realización de la
operación de calibrado, de acuerdo con la presente invención, se
reemplaza la purga en continuo de la etapa 3 en la modalidad
anterior por una purga discontinua abriendo y cerrando sucesivamente
la válvula de purga (21) de manera que la presión en el circuito
oscile entre la del circuito de purga y la del recinto.
Este último procedimiento permite eliminar más
fácilmente gas que se encuentra en unos volúmenes muertos eventuales
de los circuitos de extracción y de acondicionamiento creando unas
variaciones de presión.
Según una modalidad preferida de realización del
procedimiento de medición, objeto de la presente invención, se
utiliza un medio de medición de caudal para determinar en continuo o
secuencialmente el caudal que transita por una o varias partes
utilizadas cuando tiene lugar la medición, como por ejemplo el
circuito de extracción, el circuito de acondicionamiento del gas y
el circuito que va hacia el detector de gas trazador, se comparan
los valores detectados en el curso del tiempo en los diferentes
circuitos, y se procede, o bien a un nuevo calibrado cada vez que
uno por lo menos de los valores medidos difiere en más de 10% con
respecto al valor anteriormente medido en el mismo punto, o bien a
una operación matemática de interpolación para corregir las
mediciones de tiempo de transferencia obtenidas en función de los
valores medidos anteriormente en el mismo dispositivo.
La alternativa anterior permite limitar el número
de operaciones de calibrado proporcionando un criterio de vigilancia
del dispositivo que utiliza el procedimiento de medición de la
invención. Según una modalidad preferida de realización del
procedimiento de medición, de la presente invención, se utiliza como
gas trazador un gas raro, en particular helio.
Según aún otra modalidad preferida de realización
del procedimiento de medición, objeto de la presente invención, se
utiliza una mezcla helio-nitrógeno como gas de
calibrado y nitrógeno como gas de purga.
Desde luego, el procedimiento de medición de
tiempo de transferencia la invención explicado anteriormente en el
caso de una sonda de extracción es también aplicable cuando se
utilizan varias sondas, siendo tanto la medición como al calibrado
entonces o bien efectuados en cada dispositivo al cual está
conectada cada sonda, o bien efectuados secuencialmente si las
mediciones son efectuadas conectando las diferentes sondas una
después de la otra a dicho dispositivo de medición.
Además, las operaciones mencionadas en la
explicación anterior del procedimiento pueden tanto ser efectuadas
bajo control de operarios manuales como regidas a través de medios
automáticos tales como unos sistemas informáticos que pueden también
servir para el archivo y la interpretación de los resultados
obtenidos, con o sin circuito de control de retorno hacia la gestión
del proceso industrial en el cual el procedimiento de medición de la
invención es utilizado.
La invención se refiere también a un dispositivo
destinado a su realización como se ha reivindicado en las
reivindicaciones 8, 9 y 13.
El dispositivo de realización del procedimiento
de medición del tiempo de transferencia, objeto de la presente
invención, comprende por lo menos las partes siguientes:
- a)
- unos medios para inyectar un gas trazador en la carga del alto horno;
- b)
- unos medios para extraer gas presente en el alto horno;
- c)
- unos medios para analizar el gas extraído; y
- d)
- unos medios para regir las diferentes operaciones necesarias para la conducción del procedimiento de la invención.
Según una modalidad de realización del
dispositivo de realización del procedimiento de medición de acuerdo
con la presente invención en el contexto de un alto horno, ilustrada
esquemáticamente en la figura 2, los medios para inyectar el gas
trazador en el recinto comprenden por lo menos un depósito (8) que
contiene el gas trazador, estando este último a una presión superior
a la que reina en el alto horno, una válvula (9) de respuesta rápida
mandada a distancia y un elemento (10) que crea una pérdida de carga
a fin de controlar el caudal inyectado, preferentemente el elemento
(10) es una válvula de regulación o un orificio calibrado, asociado
eventualmente a una válvula antiretorno (11) destinada a impedir el
reflujo del gas presente en el punto de inyección, es decir el aire
caliente si la inyección tiene lugar a nivel de una tobera o el gas
de alto horno si la inyección tiene lugar en un punto de la pared,
preferentemente una sonda (12) o caña de inyección del gas trazador
en el alto horno.
Según una modalidad de realización del
dispositivo de la invención, los medios para extraer el gas presente
en el alto horno comprenden una o varias sondas o cañas de
extracción.
Según una modalidad de realización del
dispositivo de realización del procedimiento de medición de acuerdo
con la presente invención, los medios para regir las diferentes
operaciones necesarias para la conducción del procedimiento de la
invención, comprenden por lo menos un calculador o un equipo análogo
que controla el encadenamiento de las diferentes secuencias tales
como la apertura o cierre de las válvulas, la recogida de las
mediciones proporcionadas por el o los detectores y que asuma las
operaciones de cálculo del plazo entre la apertura de la válvula de
inyección del gas trazador y su detección en función del punto de
extracción, así como las operaciones de archivado y de
calibrado.
Según una modalidad de realización del
dispositivo de realización del procedimiento de medición de acuerdo
con la presente invención, cuya representación se ha efectuado en la
figura 3a, que permite en particular el calibrado utilizando una
sonda de extracción de doble pared, dicho dispositivo comprende:
- -
- una sonda (4) o caña de extracción de doble pared, siendo el tubo interior (17) utilizado para efectuar la extracción y el tubo exterior (16) siendo utilizado para enviar al extremo de la caña (4) una cierta cantidad de gas de calibrado,
- -
- un depósito (20) conectado al tubo exterior (16), estando dicho depósito en sobrepresión con respecto al recinto del alto horno y conteniendo el gas de purga, por medio de la válvula telemandada (18) por una parte y por otra parte a través de la válvula telemandada (19) que está incluida en un circuito ideado de manera que presente una pérdida de carga netamente más baja que el circuito de la válvula (18),
- -
- el tubo interior (17) de la sonda (4) conectado al detector (15) a través de la unidad (13) de tratamiento del gas extraído.
Según una modalidad de realización particular del
dispositivo citado de realización del procedimiento de medición de
acuerdo con la presente invención, que permite en particular el
calibrado utilizando una sonda de extracción de doble pared, se
reemplaza la sonda (4) o caña de extracción con doble pared cuyo
tubo interior (17) es utilizado para efectuar la extracción y el
tubo exterior (16) es utilizado para enviar al extremo de la caña
(4) una cierta cantidad de gas de calibrado, por una sonda o caña de
extracción con doble pared cuyo tubo exterior es utilizado para
efectuar la extracción y el tubo interior es utilizado para enviar
al extremo de la caña una cierta cantidad de gas de calibrado.
Según otra modalidad de realización del
dispositivo de realización del procedimiento de medición de acuerdo
con la presente invención, cuya representación se efectúa en la
figura 3b, que permite en particular el calibrado utilizando una
sonda de extracción con doble pared, dicho dispositivo
comprende:
- -
- una sonda (4) o caña de extracción con doble pared constituida por dos tubos concéntricos dispuestos de tal manera que el tubo exterior (17) sea utilizado para efectuar la extracción y que el tubo exterior (16) sea utilizado para enviar gas al extremo de la caña de extracción.
- -
- el tubo exterior (16) conectado por una parte a un depósito (22) que contiene un gas de calibrado a través de una válvula (21) mandada a distancia, y por otra parte a un depósito (20) que contienen gas trazador a través de un válvula (18),
- -
- el tubo interior (17) de la caña de extracción (4) está conectado a un dispositivo (13) de acondicionamiento del gas extraído, cuya salida está conectada por una parte a un dispositivo (15) de análisis y por otra parte a un escape (14).
Según una modalidad de realización particular del
dispositivo citado de realización del procedimiento de medición de
acuerdo con la presente invención, que permite en particular el
calibrado utilizando una sonda de extracción con doble pared, se
reemplaza la sonda (4) o caña de extracción con doble pared cuyo
tubo interior (17) sea utilizado para efectuar la extracción y que
el tubo exterior (16) sea utilizado para enviar al extremo de la
caña (4) una cierta cantidad de gas de calibrado, por una sonda o
caña de extracción con doble pared cuyo tubo exterior es utilizado
para efectuar la extracción y el tubo interior es utilizado para
enviar al extremo de la caña una cierta cantidad de gas de
calibrado.
Según una modalidad de realización preferida del
dispositivo de extracción para la realización del procedimiento de
medición según la invención, se utiliza una sonda de extracción con
doble pared que comprende un tubo interior tal que su abertura por
el lado de la extracción del gas esté retirada con respecto al tubo
exterior.
Según aún otra modalidad de realización del
dispositivo de realización del procedimiento de medición de acuerdo
con la presente invención, cuya representación se efectúa en la
figura 4, que permite en particular el calibrado utilizando una
sonda de extracción con un solo tubo, dicho dispositivo comprende
una sonda (4) conectada a un dispositivo (13) de acondicionamiento
del gas extraído, dicha sonda (4) está también conectada por una
parte a un depósito (22) que contiene el gas de purga través de una
válvula (21), y por otra parte a un dispositivo (15) de análisis del
gas extraído y a un escape (14) a través de una válvula (23),
estando un manómetro (24) conectado al punto común de las válvulas
(21) y (23).
Claims (13)
1. Procedimiento de medición del tiempo de
transferencia de los gases en el seno de un recinto, tal que se
efectúan por lo menos una vez las operaciones:
- -
- de inyección de un gas denominado gas trazador en un punto A ó A' del recinto;
- -
- de extracción en un punto B de este recinto el gas presente en el mismo, siendo el punto B diferente del punto A ó A';
- -
- de determinación por medio de un equipo de detección y análisis de la presencia de gas trazador en el gas extraído en B;
- -
- la medición in situ del tiempo de respuesta del equipo efectuando la extracción en B, llamado calibrado del procedimiento, consistiendo dicha medición en inyectar en el punto B, relativo al equipo a calibrar, una cantidad de un gas determinado y medir el tiempo que separa dicha inyección y la detección del gas citado en el equipo de extracción y de detección;
- -
- de deducción del tiempo necesario al gas trazador para pasar del punto A ó A' al punto B en función de las informaciones obtenidas a propósito del gas trazador a través de los medios de detección;
utilizando una sonda o caña de extracción
compuesta por lo menos por dos tubos de los que un primer tubo, no
utilizado para la extracción, es utilizado para inyectar el gas
trazador citado y un segundo tubo es utilizado para extraer el gas
presente en el recinto en el punto de extracción,
caracterizado porque se efectúa la medición de calibrado por
medio de las operaciones siguientes:
- 1)
- se envía una mezcla de gaseosa, constituida por un gas preferentemente neutro y un gas trazador, con pequeño caudal en el primer tubo, escapándose dicha mezcla por el extremo de la caña de extracción hacia el recinto;
- 2)
- se extrae por el segundo tubo el gas del recinto en el cual se ha mezclado el gas trazador, estando el segundo tubo conectado a los medios de detección;
- 3)
- se provoca en un instante t0 un incremento brutal de la presión de la mezcla citada, transmitiéndose el aumento de presión en el primer tubo a su extremo abierto, induciendo en el instante t1 un incremento de caudal;
- 4)
- se determina al instante t2 que es el momento en que la variación de la concentración de gas trazador presente en la mezcla es detectada por el dispositivo de análisis al cual está conectado el segundo tubo;
- 5)
- se determina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t2-t0.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual el gas en el recinto contiene gas trazador en una
concentración medible, caracterizado porque se utiliza una
mezcla gaseosa que no contiene el gas trazador y porque se efectúan
las mismas operaciones 1) a 5) que anteriormente.
3. Procedimiento de medición del tiempo de
transferencia de los gases en el seno de un recinto, tal que se
efectúan por lo menos una vez las operaciones:
- -
- de inyección de un gas llamado gas trazador en un punto A o A' del recinto;
- -
- de extracción en un punto B de este recinto del gas presente en el mismo, siendo el punto B diferente del punto A ó A';
- -
- de determinación por medio de un equipo de detección y análisis de la presencia del gas trazador en el gas extraído en B;
- -
- de medición in situ del tiempo de respuesta del equipo efectuando la extracción en B, llamada calibrado de procedimiento, consistiendo dicha medición en inyectar en un punto B, relativo al equipo a calibrar, una cantidad de un gas determinado y en medir al tiempo que separa dicha inyección y la detección del gas citado en el equipo de extracción y de detección;
- -
- de deducción del tiempo necesario al gas trazador para pasar del punto A ó A' al punto B en función de las informaciones obtenidas a propósito del gas trazador a través de los medios de detección;
utilizando una sonda o caña de extracción
compuesta por lo menos por dos tubos de los que un primer tubo, no
utilizado para la extracción, es utilizado para inyectar el gas
trazador citado y un segundo tubo es utilizado para extraer el gas
presente en el recinto en el punto de extracción,
caracterizado porque se efectúa la medición de calibrado por
medio de las operaciones siguientes:
- 1)
- se envía un gas, llamado de calibrado, exento de o con bajo contenido de gas trazador, a un caudal tal que la velocidad del gas en el primer tubo sea netamente superior a la del gas presente en el segundo tubo, preferentemente 3 a 4 veces ésta última,
- 2)
- en un tiempo t0, se envía un impulso o cantidad suplementaria de gas trazador al gas de calibrado introducido en el primer tubo y éste último llega al extremo de dicho tubo, por tanto a la entrada de la caña de extracción, en el instante t1 donde es parcialmente aspirado por el segundo tubo de dicha caña de extracción,
- 3)
- se detecta en un instante t2 a través del dispositivo de análisis conectado a la caña de extracción una variación de concentración de gas trazador,
- 4)
- se determina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t2-t0.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó
3, caracterizado porque se utiliza una sonda o caña de
extracción compuesta por dos tubos coaxiales, estando un primer tubo
conectado para realizar la inyección del gas trazador o mezcla
gaseosa y un segundo tubo para extraer el gas presente en el
recinto.
recinto.
5. Procedimiento de medición del tiempo de
transferencia de los gases en el seno de un recinto, tal que se
efectúan por lo menos una vez las operaciones:
- -
- de inyección de un gas llamado gas trazador en un punto A ó A' del recinto;
- -
- de extracción en un punto B de este recinto del gas presente en el mismo, siendo el punto B diferente al punto A ó A';
- -
- de determinación por medio de un equipo de detección y análisis de la presencia del gas trazador en el gas extraído en B;
- -
- de medición in situ del tiempo de respuesta del equipo efectuando la extracción en B, llamada calibrado el procedimiento, consistiendo dicha medición en inyectar en el punto B, relativo al equipo a calibrar, una cantidad de un gas determinado y en medir el tiempo que separa dicha inyección y la detección del gas citado en el equipo de extracción y de detección;
- -
- de deducción del tiempo necesario al gas trazador para pasar del punto A ó A' al punto B en función de las informaciones obtenidas a propósito del gas trazador a través de los medios de detección;
en el cual se procede a un calibrado utilizando
una sonda de extracción de un solo tubo, aplicándose éste en el caso
en que el contenido de componente analizado del gas del recinto
difiere suficientemente del contenido de este componente en un gas
llamado de purga para que la transición de uno al otro sea
detectable por el sistema de análisis, estando una válvula de parada
dispuesta sobre el circuito de extracción, caracterizado
porque se efectúan las operaciones siguientes:
- 1)
- se abre una válvula de parada dispuesta sobre el circuito del equipo de extracción de manera que ponga este tubo en conexión con el equipo de análisis;
- 2)
- se abre una válvula de purga de manera que envíe al circuito de extracción citado un gas, llamado de purga, diferenciable del gas del recinto por uno de sus componentes detectable selectivamente por el equipo de análisis, siendo dicha operación efectuada durante un tiempo suficientemente largo para que la totalidad de la sección de tubería que va de la válvula de purga al detector incluido en el equipo de análisis del gas extraído sea purgada;
- 3)
- se cierra a continuación la válvula de parada dispuesta sobre el circuito de extracción y se deja proseguir la operación de purga en dirección al recinto y esto durante un tiempo suficientemente largo para que la tubería y las instalaciones situadas entre la válvula de parada y la sonda de extracción sean totalmente llenadas de gas de purga de manera que se elimine, tanto de los circuitos de extracción como de acondicionamiento del gas extraído, cualquier traza del gas del recinto;
- 4)
- se cierra a continuación la válvula de purga y se espera que la presión del circuito de extracción, por el lado de la válvula de purga, sea igual a la presión que reina en el recinto;
- 5)
- se abre la válvula de paro dispuesta sobre el circuito de extracción en el instante t0 y se detecta el instante t1 en que el equipo de análisis de composición del gas extraído detecta el componente del gas de recinto al cual es sensible;
- 6)
- se determina el tiempo de transferencia en el equipo de extracción por la operación t1-t0.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque se reemplaza la purga en continuo de la
etapa 3) en la modalidad anterior por una purga discontinua.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se utiliza un
medio de medición de caudal para determinar de forma continua o
secuencialmente el caudal que transita en una o varias partes
utilizadas cuando tiene lugar la medición, porque se comparan los
valores detectados en el curso del tiempo en los diferentes
circuitos, y porque se procede o bien a un nuevo calibrado cada vez
que uno por lo menos de los valores medidos difiere en más de 10%
con respecto al valor anteriormente medido en el mismo punto, o bien
a una operación matemática de interpolación para corregir las
mediciones del tiempo de transferencia obtenidos en función de
valores medidos anteriormente en el mismo dispositivo.
8. Dispositivo para la realización del
procedimiento de medición del tiempo de transferencia de los gases
en el seno de un alto horno según cualquiera de las reivindicaciones
1, 2 ó 4, que comprende unos medios para inyectar un gas trazador en
la carga del alto horno, unos medios para extraer gas presente en el
alto horno y unos medios para analizar el gas extraído,
caracterizado porque comprende:
- -
- una sonda o caña (4) de extracción de doble pared, que comprende un tubo interior (17) utilizado para efectuar la extracción y un tubo exterior (16) utilizado para enviar al extremo de la caña (4) una cierta cantidad de gas de calibrado,
- -
- un depósito (20) a sobrepresión con respecto al recinto del alto horno y que contiene un gas de purga, estando el tubo exterior (16) citado conectado a dicho depósito por medio de una primera válvula telemandada (18) por una parte y por otra parte a través de un segunda válvula telemandada (19) que está incluida en un circuito ideado de manera que presente una pérdida de carga netamente más baja que el circuito de la primera válvula (18),
- -
- un detector (15) conectado al tubo interior (17) de la sonda (4) a través de unidad (13) de tratamiento del gas extraído.
9. Dispositivo para la realización del
procedimiento de medición del tiempo de transferencia de los gases
en el seno de un alto horno según cualquiera de las reivindicaciones
3 ó 4, que comprende unos medios para inyectar un gas trazador en la
carga del alto horno, unos medios para extraer gas presente en el
alto horno y unos medios para analizar el gas extraído,
caracterizado porque comprende:
- -
- una sonda o caña (4) de extracción de doble pared, que comprende un tubo interior (17) utilizado para efectuar la extracción y un tubo exterior (16) utilizado para enviar al extremo de la caña (4) una cierta cantidad de gas de calibrado;
- -
- por una parte un depósito (22) que contiene un gas de calibrado conectado al tubo exterior (16) de la caña de extracción (4) a través de una válvula telemandada (21) y por otra parte un depósito (20) que contiene gas trazador también conectado al tubo exterior (16) a través de una válvula (18),
- -
- un dispositivo (13) de acondicionamiento del gas extraído conectado al tubo interior (17) de la caña de extracción (4), y cuya salida está conectada por una parte a un dispositivo (15) de análisis y por otra parte a un escape (14).
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque los medios para inyectar el gas trazador
en la carga del alto horno comprenden por lo menos un depósito (8)
que contiene el gas trazador, estando éste último a una presión
superior a la que reina en el alto horno, una válvula (9) con
respuesta rápida mandada a distancia y un elemento (10) que crea una
pérdida de carga a fin de controlar el caudal inyectado, siendo el
elemento (10) preferentemente una válvula de regulación o un orifico
calibrado, asociado eventualmente a una válvula antirretorno (11)
destinada a impedir el reflujo del gas presente en el punto de
inyección, es decir el viento caliente si la inyección tiene lugar a
nivel de una tobera o el gas de alto horno si la inyección tiene
lugar en un punto de la pared, preferentemente a través de una sonda
o caña (12) de inyección del gas trazador en el alto horno.
11. Dispositivo según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque se reemplaza la sonda o caña (4) de
extracción de doble pared cuyo tubo interior (17) es utilizado para
efectuar la extracción y el tubo exterior (16) es utilizado para
enviar al extremo de la caña (4) una cierta cantidad de gas de
calibrado, por una sonda o caña (4) de extracción de doble pared
cuyo tubo exterior es utilizado para efectuar la extracción y el
tubo interior es utilizado para enviar al extremo de la caña una
cierta cantidad de gas de calibrado.
12. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque la sonda (4) de
extracción de doble pared comprende un tubo interior tal que su
abertura del lado de extracción del gas esté retirada con respecto
al tubo exterior.
13. Dispositivo para la realización del
procedimiento de medición del tiempo de transferencia de los gases
en el seno de un alto horno según la reivindicación 5 ó 6, que
comprende unos medios para inyectar un gas trazador en la carga del
alto horno, unos medios para extraer gas presente en el alto horno y
unos medios para analizar el gas extraído, caracterizado
porque comprende una sonda (4) de extracción con un solo tubo, la
sonda (4) está conectada a un dispositivo (13) de acondicionamiento
del gas extraído, así como por una parte a un depósito (22) que
contiene un gas de purga a través de una válvula (21), y por otra
parte a un dispositivo (15) de análisis del gas extraído y a un
escape (14) a través de una válvula (23), estando un manómetro (24)
conectado al punto común de dichas válvulas (21, 23).
Applications Claiming Priority (2)
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| BE9701043 | 1997-12-19 | ||
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