NL8020209A - Vlotter voor toepassing in tankpeilmeetsystemen. - Google Patents

Description

" 1 ' 80 20200

Vlotter voor toepassing in tankpeilmeetsystemen.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

1) Gebied van de uitvinding.

De uitvinding heeft algemeen betrekking op tank-peilmeetsystemen van het soort, dat een vrije vlotter 5 heeft. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een elektrostatisch veilige vlotter voor toepassing in dergelijke systemen.

2) Beschrijving van de stand der techniek.

Eën momenteel overheersende techniek bij het 10 meten van een vloeistofpeil binnen een opslagtank omvat een geleider, die vertikaal wordt gesteund binnen de tank. Een ringvormige vlotter is aangebracht om deze geleider en wordt gedragen door het vloeistofoppervlak. Naarmate de vlotter meeloopt met het vloeistofpeil, wordt 15 de stand ervan afgetast door geschikte middelen om het peil van de vloeistof binnen de tank aan te geven.

Dit type systeem is algemeen aanvaardbaar in de meeste toepassingen, maar biedt een potentieel elektrostatisch gevaar, wanneer het wordt toegepast in tanks, 20 die ontvlambare vloeistoffen bevatten. In opslagtanken, die gedeeltelijk open zijn naar de omgevende atmosfeer, zoals conusdaktanks, is dit elektrostatische gevaar in sterke mate verminderd.

Het is bekend in de techniek, dat gedurende 25 het proces van het pompen van een vloeistof in een opslagtank deze vloeistof elektrostatisch wordt geladen. De mate van accumulatie van deze lading houdt verband met de stroomsnelheid en het geleidingsvermogen van de vloeistof. Indien de accumulatiesnelheid van de lading groter is : 30 dan de snelheid, waarmee zij wordt geneutraliseerd, zal een netto-lading aanwezig zijn op de massa van de vloeistof, en bijgevolg op de vlotter. Zo kunnen bijv. bij stroomsnelheden hoger dan 1 meter/sec. vloeistoffen, die geleidingsvermogens bezitten minder dan 50 picosiemens 35 een netto-lading ontwikkelen van 30-40 K volts gedurende het vullen.

Deze netto-lading zal totaal geneutraliseerd 1 worden binnen een vastgestelde tijdsperiode, die de 80 2 0 20 9 - 2 - relaxatietijd wordt genoemd. Deze relaxatietijd kan lopen van seconden voor ruwe olie tot vele minuten voor benzine of straalbrandstof.

Indien gedurende deze tijdsperiode de vlotter 5 : voldoende dicht komt bij of in contact komt met de verti-: kaal ondersteunde geleider, kan zich een elektrostatische vonk van voldoende energie ontwikkelen in de dampruimte van de tank om een ontsteking van de ontvlambare dampen te veroorzaken.

10 Volgens één oplossing uit de bekende techniek wordt de vlotter continu verbonden aan elektrische aarde door een verbindingsdraad. Op deze wijze worden de twee elementen (dat wil zeggen de vlotter en de draad) op dezelfde elektrische potentiaal gehouden. Het nadeel van 15 deze aanpak is, dat er een betrouwbare verbinding moet worden onderhouden, terwijl toch de vlotter vrij moet kunnen meelopen met het vloeistofoppervlak.

Een andere oplossing uit de bekende techniek voorziet in de toepassing van een radio-actieve bron, 20 aanwezig binnen de vlotter. Deze bron ioniseert de dampruimte tussen de vlotter en de geleider, waardoor deze geleidend wordt gemaakt. Dit zorgt voor een lage impedantie-ontladingsweg tussen de vlotter en de geleider, zodat statisch-elektrische lading, voortgebracht gedurende het 25 vullen, wordt geneutraliseerd, alvorens er een voldoende netto accumulatie van lading is voortgebracht om een vonk te doen ontstaan. Het hinderlijke nadeèl van deze aanpak is de aanvaardbaarheid voor de gebruiker van de radioactieve bron.

30 SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Volgens één aspect van de uitvinding wordt er voorzien in een vlotter voor toepassing in tankpeilmeet-systernen met een geleider,die vertikaal ondersteund wordt in de tank. Bij een voorkeursuitvoering omvat de vlotter 35 een lichaamsorgaan met een opening voor het opnemen van de geleider. Dit lichaamsorgaan is werkzaam als een ponton en loopt vrij mee met het vloeistofoppervlak.

Een ontladingssamenstel is verbonden met het lichaamsorgaan en omvat een buisvormig orgaan, geplaatst 40 rond de geleider onder het vloeistofoppervlak. Het buis- 8 0 2 0 20 9 - 3 - vormige orgaan is zodanig gekozen, dat dit een straal heeft met betrekking tot de straal van de opening van het lichaamsorgaan zodanig, dat de weg van minste weerstand voor een elektrostatische vonkontlading van de vlotter 5 wordt gehandhaafd beneden het vloeistofoppervlak.

Het is derhalve een doel van de uitvinding om te voorzien in een verbeterde vlotter voor toepassing in tankpeilmeetsysternen. Andere doeleinden, aspecten en voordelen van de uitvinding zullen worden uiteengezet, 10 of duidelijk worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvorm in samenhang met de tekening.

j ; KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENING

Fig. 1 toont een tankpeilmeetsysteem, waarin 15 de uitvinding is toegepast, fig, 2 toont in aanzicht in perspectief, gedeeltelijk opengesneden, de vlotter volgens de uitvinding, en fig. 3 toont de betrekking tussen de twee 20 stralen R1 en R2, behorende bij de vlotterconstructie volgens de uitvinding.

BESCHRIJVING VAN DE VOORKEURSUITVOERINGSVORM

Onder verwijzing naar de tekening zal de uitvinding thans in detail worden besproken.

25 Fig. 1 toont een tankpeilmeetsysteem 10, waarin de uitvinding is toegepast. De opslagtank 12 bevat een vloeistofvolume 14, bijv. benzine, waarvan het peil moet ; worden gemeten, en een dampruimte 16. Een geleider 18 is strak in vertikale stand gehouden door een takelsamen-30 stel 10. De tank 12 en de geleider 18 zijn beide verbonden met elektrische aarde.

! Een vlotter 22, met een opening 24 en een magneet 26, is geplaatst rond de geleider 18 voor een ongehinderde vertikale beweging met het Vloeistofoppervlak. Als de 35 vlotter meeloopt met het vloeistofoppervlak, wordt de stand van de magneet 26 afgetast op een geschikte manier door het bovenwerksamenstel 28, waardoor een dirëkte meting van het vloeistofniveau wordt geproduceerd. Een voorbeeld van een dergelijk aftastsysteem wordt beschreven 40 in de samenhangende Amerikaanse octrooiaanvrage 904.692 80 2 0 20 9 - 4 - van dezelfde aanvrager.

Een inlaatsamenstel 30, omvattende een pomp 32 een inlaatpijp 34 en een filter 36, is aangebracht nabij de bodem van de tank 12 teneinde de vuloperatie te verge-5 makkelijken. Kenmerkend wordt de tank gevuld door een pompwerking met variabele snelheid, waardoor de vloeistof in de tank wordt gedwongen. Zoals eerder opgemerkt, kan er een netto elektrostatische lading worden voortgebracht op de massa van de vloeistof gedurende het vullen.

10 Alvorens de uitvinding in meer details te bespreken, zal eerst een discussie worden gegeven van de voortbrenging en de effekten van de elektrostatische lading.

Het is bekend, dat, wanneer twee ongelijke 15 materialen, waarvan ten minste één een goede isolator is, in nauw contact met elkaar worden gebracht en ten opzichte van elkaar bewegen, een elektrostatische lading wordt voortgebracht. Eén van de materialen zal daarbij positief worden geladen, het andere negatief. Dit effekt is te 20 zien gedurende het vullen van een opslagtank. Indien een vloeistof met een hoge diëlektrische sterkte (zoals ontbrandbare vloeistoffen) in de tank wordt gepompt bij hoge stroomsnelheden, zal de vloeistof elektrostatisch worden geladen.

25 De hoofdbron van de voortgebrachte elektro statische lading is de stroomsnelheid. Het is het wrijvings-contact van de vloeistof mét het oppervlak van enige filters in de stroomleiding, dat de grootste elektrostatische generator vormt. Andere condities, zoals 30 vloeistofcontact met de binnenwanden van de stroomleiding, turbulentie en de druk van meegenomen lucht, water e.d. in vloeistof verhogen de generatie van elektrostatische lading.

Dit effekt van de stroomsnelheid wordt tegen-35 gewerkt door de neutralisatie van de lading binnen de tank, als de tank wordt gevuld. Algemeen heeft de lading de neiging om te neutraliseren aan de tankwanden en begeleider, die beide, zoals eerder opgemerkt, aan elektrische aarde zijn.

40 De snelheid, waarmee de lading zal worden 80 2 0 20 9 - 5 - geneutraliseerd, de relaxatietijd (T), is omgekeerd evenredig aan het geleidingsvermogen van de vloeistof.

De betrekking is als volgt gedefinieerd:

EE

i> = _2.

5 1 k waarin E de diëlektrische constante van een vloeistof (ongeveer 2 voor koolwaterstoffen), EQ de diëlektrische constante van een vacuum, en k het geleidingsvermogen van de vloeistof.

Een elektrostatisch gevaar kan worden gedefinieerd 10 als elke omstandigheid, die een vonk zal veroorzaken van voldoende energie om de dampruimte te ontsteken. Een vlotter geeft door zijn aanwezigheid een elektrostatisch gevaar. Zij verschaft een plaats voor het optreden van een elektrostatische vonkontlading. Het grote potentiaal-15 verschil, dat bestaat tussen de vlotter en de geleider gedurende het vulbedrijf, genereert een elektrostatisch veld in het gebied tussen de vlotter en de geleider. Indien het oppervlak van een vlotter geleidend is, zal dit elektrostatische veld er voor zorgen, dat de vlotter wordt 20 getrokken naar de geleider. Als de vlotter voldoende dicht bij of in contact met de geleider komt, kan een spleet of weg van minste weerstand en daardoor een resulterende elektrostatische vonkontlading worden gevormd in de dampruimte. De minste weerstand van de weg, vereist voor het 25 voortbrengen van een vonk, hangt af van de ladingsbeweeg- lijkheid in de nabijheid van de vlotter, de elektrostatische potentiaal en de diëlektrische constante van de dampruimte.

Opdat de voortgebrachte vonk ontsteking kan voortbrengen, dienen er twee faktoren aanwezig te zijn.

30 Allereerst moet het damp/luchtmengsel van de dampruimte in het explosieve gebied zijn, het zgn. stoechiometrische gebied; en in de tweede plaats moet de vonk voldoende energie bevatten.

Het damp/luchtmengsel van de dampruimte hangt 35 af van Verschillende faktoren, zoals het type tank en de tanktemperatuur. Indien de concentratie van ontbrandbare dampen te hoog is, kan er geen ontsteking optreden als gevolg van een tekort aan voldoende zuurstof. Wanneer de concentratie te laag is, is er niet genoeg brandstof 40 voor ontsteking. Tussen deze twee uitersten is er een 80 20 20 9 - 6 - gebied van concentraties, waarbij één concentratie het gemakkelijkst is voor ontsteking. Dit is bij benadering bij het stoechiometrische mengsel van de damp en lucht. Boven de bovenste explosieve grens is de dampconcentratie 5 zodanig, dat er geen ontsteking plaatsvindt, ongeacht hoeveel energie beschikbaar is. Aan het tegenovergestelde uiterste bevindt zich de onderste explosieve grens, waar-beneden er eveneens geen ontsteking zal optreden. Indien de dampconcentratie afwijkt van het stoechiometrische 10 mengsel, is er meer energie vereist voor ontsteking, totdat êên van de grenzen is bereikt, waarna geen enkele hoeveelheid energie ontsteking zal veroorzaken. Kenmerkend bedraagt voor koolwaterstoffen het stoechiometrische gebied 1,5 tot 11 vol. % aan dampconcentratie.

15 Voor koolwaterstoffen bedraagt de hoeveelheid energie, vereist voor een vonk om een ontsteking te veroorzaken, kenmerkend 0,25 millijoule. Deze hoeveelheid energie kan gemakkelijk worden opgeslagen in een lichaam dat voldoende capaciteit bezit. Bijvoorbeeld, aangenomen, 20 dat er een statische elektrische potentiaal is van 1600 volt, hetgeen relatief klein is voor een statische lading, bedraagt de capaciteit, vereist voor het opslaan van 0,25 millijoule energie slechts 200 picofarad.

Fig. 2 toont een aanzicht in perspectief van de 25 vlotter 22 met een ontladingsorgaan aangebracht onder het oppervlak van de vloeistof, zodat elke vonk die kan worden ontwikkeld, zal optreden onder het vloeistof-oppervlak in plaats van in de dampruimte. Dat wil zeggen, de vlotter volgens de uitvinding heeft een geometrie, 30 die waarborgt, dat de ontladingsweg voor een vonk wordt gehouden beneden het vloeistofoppervlak. Op deze wijze zal als gevolg van gebrek aan voldoende zuurstof geen ontsteking kunnen volgen.

De vlotter 22 omvat een lichaamsorgaan 38 en 35 een ontladingssamenstel 40, alsook de magneet 26.

Bij voorkeur is de vlotter vervaardigd van een niet-geleidend materiaal, teneinde de ladingsbeweeglijkheid op het oppervlak van de vlotter in sterke mate te reduceren en daardoor de effekten in sterke mate te reduceren van 40 het elektrostatische veld, voortgebracht in de nabijheid 8 0 2 0 20 - 7 - van de opening 24.

Het lichaamsorgaan 38, dat de opening 24 bezit, ; werkt als een ponton om de vlotter stabiel te houden, als deze drijft op het vloeistofoppervlak. Het lichaamsorgaan 5 ; 38 heeft een kern 42, vervaardigd van een geschuimd urethaan, omgeven door een dichte schil 44. De schil 44 is gevormd van een mengsel van epoxyhars met minuscule glasballonnetjes.

Het ontladingssamenstel is zodanig verbonden met het lichaamsorgaan 38, dat het geplaatst komt beneden 10 het vloeistofoppervlak, en omvat ondersteuningsorganen 46, een annulaire ondersteuningsring 48 en een buisvormige orgaan 50. De ondersteuningsorganen 46 zijn verbonden met het lichaamsorgaan 38 door geschikte middelen, zoals verbindingsopeningen 25, en zijn aangebracht om er voor 15 te zorgen, dat de annulaire ondersteuningsring 48 in gefixeerde positie blijft.

De ondersteuningsring 48 is aangebracht om de magneèt 26 te beschermen en om het buisvormige orgaan 50 in een gefixeerde concentrische positie te houden met 20 het lichaamsorgaan 38. Bij voorkeur zijn de ondersteuningsorganen gevormd van nylon, en is de ondersteuningsring gevormd van hetzelfde materiaal als de schil 44.

Het buisvormige orgaan 50 is aangebracht beneden het vloeistofoppervlak en doet dienst als hoofdontladings-; 25 orgaan voor de vlotter gedurende normaal bedrijf. De straal . (Rl) van het buisvormige orgaan 50 is gekozen in betrekking tot de straal (R2) van de opening 24, zodat de weg van minste weerstand voor een elektrostatische vonkontlading gehouden blijft onder het vloeistofoppervlak voor alle I 30 oriëntaties van de vlotter in het vlak van fig. 1.

Fig. 3 toont de betrekking tussen de stralen Rl en R2. Een elektrostatisch geladen orgaan 54 met een geometrische karakteristiek overeenkomstig aan een half-sectie van·de vlotter 22, is getoond geplaatst ten opzichte ; 35 van een elektrisch geaarde draad 56. Het orgaan 54 heeft ! een oppervlak 58 op een afstand R2 van de draad, en een oppervlak 60 op afstand Rl van de draad. Op deze wijze : worden twee mogelijke ontladingswegen gevormd, weg Rl en weg R2.

40 Zoals bekend in de techniek zal een elektro- 8 0 2 0 20 9 - 8 - statische lading ontladen over de weg van minste weerstand, of in het gegeven voorbeeld via weg R1 of R2, in afhankelijkheid van de relatieve weerstanden daarvan.

De weerstand van de wegen R1 en R2 hangt af van 5 de soortelijke weerstand van resp. de vloeistof 14 en de damp 16. De soortelijke weerstand van een kenmerkende koolwaterstof bedraagt bijv. 150 K volt/inch en de soortelijke weerstand van de dampruimte 16 zal van de orde van 30 K volt/inch zijn. Zodoende is de damp/vloeistof 10 soortelijke weerstandsfaktor (k) 5. Indien derhalve de straal R2 vijfmaal groter is dan de straal Rl, zullen de weerstanden van de ontladingswegen beneden en boven het vloeistofoppervlak aan elkaar gelijk zijn.

Vanzelfsprekend is dit niet aanvaardbaar, want 15 hierdoor wordt een gelijke kans gecreëerd, dat een vonk zal optreden boven het oppervlak van de vloeistof in plaats van beneden het vloeistofoppervlak.

Teneinde de weg van minste weerstand beneden het vloeistofoppervlak te houden, is gevonden, dat een 20 veiligheidsfaktor (SF) van 3 of 4 aanvaardbaar is. Zodoende geldt bij een straal R2 van 3 inch en een veiligheidsfaktor 3 voor de straal Rl: R2 R1 = (SK/Tk) = °'20 inches.

25 De lengte van het orgaan 50 is zodanig gekozen dat wordt gewaarborgd, dat, wanneer de vlotter roteert in het vlak van fig. 1, de weg van minste weerstand beneden het vloeistofoppervlak blijft. Dit betekent, wederom onder verwijzing naar fig. 3, dat, als het orgaan 54 roteert ; 30 in het vlak van de tekening, de weg (Rl), gedefinieerd door het oppervlak 56, ononderbroken de weg van minste weerstand biedt aan de lading op het orgaan 54.Bij' voorkeur heeft het buisvormige orgaan een lengte van 6 inch voor het hierboven gegeven voorbeeld.

35 Het inwendige oppervlak van het orgaan 50 is geschuind aan beide einden om een ongehinderde verplaatsing van de vlotter te waarborgen, en is bij voorkeur vervaardigd van nylon.

Er is tevens een tweede ontladingsorgaan aan-40 gebracht voor het geval, dat de vlotter 22 vrijkomt van de 8 0 2 0 20 9 - 9 - geleider 18. Het lichaamsorgaan 38 is voorzien van een omtrekslip 62 beneden het vloeistofoppervlak. De lengte ; van deze lip 62 is zodanig gekozen, dat, indien de vlotter vrijkomt van de geleider, deze lip 62 zal zorgen voor de 5 weg van minste weerstand tussen het oppervlak van de vloeistof, indien de vlotter in contact komt met, of voldoende nabij tot de wanden van de tank 10.

Hoewel slechts êêh uitvoeringsvorm van de uitvinding is geïllustreerd en beschreven in details, dient 10 de uitvinding niet te worden opgevat als beperkt tot de gedetailleerde constructie zoals getoond. Verschillende aanpassingen, modificaties en toepassingen van de uitvinding zullen de vakmensen op het gebied, waartoe de uitvinding behoort, duidelijk zijn, en al dergelijke aanpassingen, 15 modificaties en toepassingen worden geacht te vallen binnen het kader en de omvang van de conclusies.

o - conclusies - 8 0 2 0 20 9

Claims (6)

1. Vlotter te gebruiken voor het bepalen van het peil van een vloeistof in een tank, waarin een vertikale geleider is geplaatst, welke vlotter is gekenmerkt door: 5 een lichaamsorgaan met een opening, welke het mogelijk maakt om dit orgaan te plaatsen rond de geleider, teneinde gedragen te worden door het vloeistofoppervlak, ontladingsorgaanmiddelen, verbonden met het lichaamsorgaan en omvattende een bodemsegment, dat zich 10 uitstrekt beneden het vloeistofoppervlak, welk bodemsegment verder een opening heeft, welke het mogelijk maakt, om dit ontladingsorgaanmiddel te plaatsen rond de geleider, waarbij de afmetingen van de genoemde openingen een vastgestelde onderlinge betrekking hebben, welke er 15 voor zorgt, dat het bodemsegment de weg van minste weerstand vormt voor een eléktrostatische vonkontlading van de vlotter.

2. Vlotter volgens conclusie 1, m e t h e t kenmerk, déit het lichaamsorgaan en het bodemsegment zijn gevormd van een niet-geleidend materiaal.

3. Vlotter volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat de genoemde openingen concentrisch cirkelvormige openingen zijn, waarvan de stralen onderling in vaste betrekking staan.

4. Vlotter volgens conclusie 3, m e t het 25kenmerk, dat de straal van het lichaamsorgaan meer dan vijf keer groter is dan de straal van de opening van het bodemsegment.

5. Vlotter volgens conclusie 1, m e t het kenmerk, dat het ontladingsorgaanmiddel een langwerpig 30 buisvormig orgaan is, geplaatst onder het vloeistofopper-vlak.

6. Vlotter volgens conclusie 1, m e t h e t kenmerk, dat het lichaamsorgaan een omtrekslip omvat, 8 0 2 0 20 9 - 11 - aangepast om te worden geplaatst beneden het vloeistof-oppervlak. 80 2 0 20 9