POPP OLIVER (CH)
US20140166115A1 | 2014-06-19 | |||
DE3113697A1 | 1982-12-02 |
Patentansprüche 1 . Vorrichtung (1 ) zur frühzeitigen Warnung vor kondensationsinduzierten Wasserschlägen in einem ein Fluid führenden Bauteil, insbesondere einem Rohr (2), welches Fluid zu zumindest einem ersten Anteil in der Dampfphase (3) vorliegt und im Falle von Kondensationsbildung zu einem zweiten Anteil in Form eines Kondensats (4), umfassend zumindest zwei Temperatursensoren (7,8), welche im Rohr (2) angeordnet und somit fluidberührend sind, und zumindest eine Elektronikeinheit (1 1 ), wobei der erste Temperatursensor (7) so angeordnet ist, dass er die Temperatur des Dampfes (TD) misst, wobei der zweite Temperatursensor (8) so angeordnet ist, dass er die Temperatur des Kondensats (TK) misst, wobei die mindestens eine Elektronikeinheit (1 1 ) so ausgebildet ist, dass sie die Temperaturdifferenz (ΔΤ) aus der Temperatur des Dampfes (TD) und der Temperatur des Kondensats (TK) ermittelt, und bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts für die Temperaturdifferenz (ΔΤ) eine Meldung generiert. 2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei der erste Temperatursensor (7) und der zweite Temperatursensor (8) jeweils eine Teilkomonente eines ersten Temperaturfühlers (5) mit einem ersten Gehäuse (9) und eines zweiten Temperaturfühlers (6) mit einem zweiten Gehäuse (10) sind, wobei der erste Temperaturfühler (5) und der zweite Temperaturfühler (6) an der Wandung des Rohres (2) befestigt sind und ins Innere des Rohres (2) hineinragen, und wobei der erste Temperaturfühler (5) und der zweite Temperaturfühler (6) so im Rohr angeordnet sind, dass der erste Temperatursensor (7) und der zweite Temperatursensor (8) die Wandung des Rohres (2) nicht berühren. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Temperaturfühler (5) im oberen Bereich des Rohres (2) befestigt ist, so dass sich das erste Temperatursensor (7) im oberen Drittel entlang einer vertikalen diametralen Verbindungslinie durch das Rohr (2) befindet, und wobei der zweite Temperaturfühler (6) im unteren Bereich des Rohres (2) befestigt ist, so dass sich der zweite Temperatursensor (8) in unmittelbarer Umgebung der Wandung des Rohres (2) auf dessen unterer Seite befindet. Vorrichtung (1 ') nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Temperaturfühler (5') im unteren Bereich des Rohres (2) befestigt ist, so dass sich das erste Sensorelement (7') im oberen Drittel entlang einer vertikalen diametralen Verbindungslinie durch das Rohr (2) befindet, und wobei der zweite Temperaturfühler (6') im oberen Bereich des Rohres (2) befestigt ist, so dass sich das zweite Sensorelement (8') in unmittelbarer Umgebung der Wandung des Rohres (2) auf dessen unterer Seite befindet. Vorrichtung (1 ") nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Temperaturfühler (5") und der zweite Temperaturfühler (6") beide im oberen Bereich des Rohres (2) oder im unteren Bereich des Rohres (2) angebracht sind, und wobei die beiden Gehäuse (9", 10") unterschiedliche Längen aufweisen. Vorrichtung (1 "') nach Anspruch 1 , wobei der erste Temperatursensor (7"') und der zweite Temperatursensor (8"') in einem Temperaturfühler (5"') mit einem Gehäuse (9"') angeordnet sind, wobei der Temperaturfühler (5"') an der Wandung des Rohres (2) befestigt ist und ins Innere des Rohres (2) hineinragt, und wobei der Temperaturfühler (5"') so im Rohr (2) angeordnet ist, dass der erste Temperatursensor (7"') und der zweite Temperatursensor (8"') die Wandung des Rohres (2) nicht berühren. 7. Vorrichtung (1 "') nach Anspruch 6, wobei der Temperaturfühler (5"') im oberen Bereich des Rohres (2) oder im unteren Bereich des Rohres (2) befestigt ist, wobei das Gehäuse (9"') im Wesentlichen stabförmig ausgearbeitet ist, und wobei die beiden Temperatursensoren (7"', 8"') in unterschiedlichen Bereichen des Gehäuses (9"') angeordnet sind, so dass der erste Temperatursensor (7"') sich im Bereich des kondensierten Teils des Fluides (4) befindet , und der zweite Temperatursensor (8"') sich in dem Bereich befindet, in welchem das Fluid in der Dampfphase (3) vorliegt. 8. Vorrichtung (1 "') nach einem der vorhergegangenen Ansprüche, wobei ein Drucksensor (12) in die Wandung des Rohres (2) integriert ist, welcher Drucksensor (12) dazu ausgestaltet ist, den statischen Druck im Rohr (2) zu erfassen, wobei in der Elektronikeinheit (1 1 ) eine Dampfdruckkurve des Fluides hinterlegt ist, und wobei nur dann eine Meldung generiert wird, wenn zusätzlich zum Überschreiten des Grenzwertes für die Temperaturdifferenz (ΔΤ) die Temperatur des Dampfes (TD) größer ist als eine dem gemessenen statischen Druck gemäß der Dampfdruckkurve entsprechende Referenztemperatur (TR). 9. Verfahren zur frühzeitigen Warnung vor kondensationsindizierten Wasserschlägen und/oder Dampfschlägen in einem ein Fluid führenden Bauteil, insbesondere einem Rohr (2), welches Fluid zu zumindest einem ersten Anteil in der Dampfphase (3) vorliegt und im Falle von Kondensationsbildung zu einem zweiten Anteil in Form eines Kondensats (4), wobei die Temperatur des Dampfes (TD) gemessen wird, wobei die Temperatur des Kondensats (TK) gemessen wird, wobei die Temperaturdifferenz (ΔΤ) aus der Temperatur des Dampfes (TD) und der Temperatur des Kondensats (TK) ermittelt wird, und wobei bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts für die Temperaturdifferenz (ΔΤ) eine Meldung generiert wird. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der statische Druck im Rohr gemessen wird, wobei die Temperatur des Dampfes (TD) mit der aus einer Dampfdruckkurve zu dem statischen Druck gehörigen Referenztemperatur (TR) verglichen wird, und wobei nur dann eine Meldung generiert wird, wenn die Temperatur des Dampfes (TD) größer ist als die Referenztemperatur (TR). Verwendung der Vorrichtung (1 ) und des Verfahrens für die Prozess- und/oder Automatisierungstechnik. |
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur frühzeitigen
Warnung vor kondensationsinduzierten Wasserschlägen in einem ein Fluid führenden Bauteil. Dabei liegt das Fluid zu zumindest einem ersten Anteil in der Dampfphase vor und im Falle von Kondensationsbildung zu einem zweiten Anteil in Form eines Kondensats.
Der Begriff Wasserschlag umfasst mehrere physikalische Phänomene, bei welchen durch Wasser ein starker mechanischer Stoß erzeugt wird. Die Ursache liegt in der geringen Komprimierbarkeit von Wasser. Im Falle von
Dampfsystemen treten Wasserschläge in Form von Kondensationsstößen auf, welche u. a. bei Druckerhöhungen beobachtbar sind. Im Prinzip werden diesbezüglich drei Phänomene unterschieden, welche unter dem Begriff kondensationsinduzierter Wasserschlag summiert werden können. Man spricht von einem Dampfschlag, wenn Dampfblasen in Wasser implodieren.
Gelegentlich wird dieses Phänomen in der Literatur auch als Wasserschlag bezeichnet. Ein Tropfenschlag dagegen liegt vor, wenn Tröpfchen mit hoher Geschwindigkeit auf eine Oberfläche treffen. Und schließlich bezeichnet
Kavitation eine mikroskopische Form von Dampfschlägen.
Kondensationsinduzierte Wasserschläge sind in Dampfsystemen, Rohren mit einem kondensierenden Gas, insbesondere Dampfleitungen, aber auch Kesseln oder thermischen Solaranlagen von Bedeutung. Beispielsweise können sie beim Aufheizen eines Fluids durch gezieltes Einleiten von Dampf in eine Flüssigkeit auftreten. Aber auch während des Betriebes kann es zu ungewollten
kondensationsinduzierten Wasserschlägen kommen, wenn vorhandenes
Kondensat unzureichend aus dem jeweiligen medienführenden Bauteil wie einem Behälter, Kessel oder Rohr, entfernt worden ist und heißer Dampf in die kalte Flüssigkeit einströmt. Als Folge können Druckspitzen von bis zu mehreren hundert bar entstehen mit der möglichen Folge schwerer Schäden an dem jeweiligen Bauteil. Kondensationsinduzierte Wasserschläge gehören zu den häufigsten Ursachen schwerer Unfälle, beispielsweise in Dampfkraftwerken oder Dampfkesselanlagen .
Die zugrunde liegenden Mechanismen sind aus einer Vielzahl von
Veröffentlichungen bekannt. Im Folgenden soll beispielhaft die Entstehung von Dampfschlägen näher beschrieben werden. Durch den Einschluss einer Dampfblase innerhalb des sehr viel kälteren Kondensats wird die Dampfblase von weiterer Dampf- bzw. Energiezufuhr abgeschnitten, sprich isoliert. In der Folge gibt die Dampfblase ihre Energie an das Kondensat ab und kühlt bis auf die Temperatur des Kondensats herunter. Entsprechend fällt auch der Druck in der Dampfblase von einem Ausganswert von einigen bar auf wenige mbar ab. Aufgrund des hohen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Dampf und Kondensat erfolgt dieser Vorgang in einem sehr kurzen Zeitintervall,
üblicherweise innerhalb weniger Millisekunden.
Während des Vorgangs zieht sich die Oberfläche des Kondensats, welche die Dampfblase umgibt, in Richtung des Zentrums der Dampfblase zusammen. Im Zentrum treffen die Oberflächen des Kondensats in Bezug auf die verschiedenen Raumrichtungen alle aufeinander. Entsprechend kommt es zu hohen
Druckspitzen, welche spontan, aber auch durch wiederholtes Auftreten zu schweren Schäden am jeweiligen medienführenden Bauteil sowie eventuell darin bzw. daran befestigten Messvorrichtungen führen, bis hin zum Bersten mit der Folge eines Austritts des jeweiligen Mediums in die Umgebung. Die Bedingungen für das Auftreten von Dampfschlägen in einem von einem Fluid durchflossenen Rohr sind beispielsweise in den Inproceedings zum„ 8th
International Topical Meeting on Nuclear Thermal-Hydraulics, Operation and Safety" im Artikel von I. F. Barns, L.Varga und Gy. Ezsöl mit dem Titel„Steam Condensation Induced Water Hammer Simulations for Different Pipelines in Nuclear Reactor" (http://www.kfki.hu/~barnai/N8P0220.pdf, abgerufen am
01 .08.2014) aufgelistet: a) Die Rohrleitung muss horizontal sein.
b) Die Temperaturdifferenz zwischen Dampf und Kondensat muss
mindestens 20K betragen.
c) Das Verhältnis von Länge und Durchmesser der Rohrleitung muss größer als 24 sein.
d) Die Froude-Zahl, welche das Verhältnis von Trägheitskräften zu
Schwerekräften innerhalb eines hydrodynamischen Systems darstellt, muss kleiner als 1 sein.
e) Das benachbarte Dampfvolumen muss hinreichend groß sein,
f) Die auftretende Druckspitze muss mind. 10bar über dem maximal
zulässigen Betriebsdruck sein, um einen signifikanten Schaden zu verursachen.
Die Liste verdeutlicht, dass das Auftreten kondensationsinduzierter
Wasserschläge, insbesondere Dampfschläge, in aller Regel von einer Vielzahl zusammenwirkender Faktoren abhängt. Die Vorhersage, wann ein
kondensationsinduzierter Wasserschlag, insbesondere ein Dampfschlag auftritt, ist entsprechend keineswegs trivial. Da aber der dadurch verursachte Schaden immens sein kann, wäre ein Frühwarnsystem für das Auftreten
kondensationsinduzierter Wasserschläge wünschenswert.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung bereitzustellen, welche zuverlässig und frühzeitig das mögliche Auftreten kondensationsinduzierter Wasserschlägen detektiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur frühzeitigen Warnung vor kondensationsinduzierten Wasserschlägen in einem ein Fluid führenden Bauteil, insbesondere Rohr, welches Fluid zu zumindest einem ersten Anteil in der Dampfphase vorliegt und im Falle von
Kondensationsbildung zu einem zweiten Anteil in Form eines Kondensats, umfassend zumindest zwei Temperatursensoren, welche im Rohr angeordnet und somit fluidberührend sind, und zumindest eine Elektronikeinheit, wobei der erste Temperatursensor so angeordnet ist, dass er die Temperatur des Dampfes (T D ) misst, wobei der zweite Temperatursensor so angeordnet ist, dass er die Temperatur des Kondensats (T K ) misst, wobei die mindestens eine
Elektronikeinheit so ausgebildet ist, dass sie die Temperaturdifferenz aus der Temperatur des Dampfes und der Temperatur des Kondensats ermittelt, und bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts für die Temperaturdifferenz eine Meldung generiert. Die Temperaturdifferenz ist also ein Maß für die
Wahrscheinlichkeit für das Auftreten kondensationsinduzierter Wasserschläge. Ab einer Temperaturdifferenz, welche dem vorgegebenen Grenzwert entspricht, liegt entsprechend eine signifikante Wahrscheinlichkeit vor, weshalb eine
Meldung generiert wird.
Es versteht sich von selbst, dass auch andere Typen medienführender Bauteile, wie eingangs beschrieben, unter die Erfindung fallen. Dem Prinzip der Auswertung der Temperaturdifferenz zwischen Dampf und
Kondensat liegt folgende Analyse der eingangs genannten Bedingungen für das Auftreten kondensationsinduzierter Wasserschläge in einem Rohr zugrunde:
Die Bedingungen a), c) und e) sind in einem typischen Dampfsystem, bzw.
Dampfverteilersystem normalerweise erfüllt, da die jeweiligen Rohre oder
Rohrleitungen zwangsläufig über weite Strecken im Wesentlichen waagerecht angeordnet sind. Dadurch ist implizit auch das Dampfvolumen sehr groß.
Das Kondensat befindet sich in der Regel im unteren Bereich der Rohrleitung. Durch das typischerweise geringe Gefälle in im Wesentlichen waagerecht angeordneten Rohrleitungen ist die Fließgeschwindigkeit des Kondensats sehr gering. Deshalb ist auch Bedingung d) in einer Vielzahl von Fällen erfüllt.
Bedingung f) kann grundsätzlich zu einem sofortigen Schaden führen, beispielsweise dadurch, dass eine Dichtung aus ihrer Position gedrückt wird, was eine Undichtigkeit mit der Folge von Austritt von Medium aus der Rohrleitung bewirkt. Selbst wenn Bedingung f) nicht erfüllt ist, können sich vielfach wiederholende Druckspitzen langfristig zu Schäden führen, die sich z. B. durch Ausfall von Messtechnik bemerkbar machen.
Die bisher genannten Bedingungen in Rohren sind nahezu unvermeidbar, aber noch nicht hinreichend für das Auftreten kondensationsinduzierter
Wasserschläge. Dies ist der letzten Bedingung b) geschuldet ist. Nur, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Dampf (T D ) und Kondensat (T K ) hinreichend groß wird, wird auch das Risiko eines kondensationsinduzierten Wasserschlages signifikant. Nun ist es so, dass sich gerade Bedingung b) von außen, also durch Wahl der Betriebszustände, beeinflussen lässt. Daher ist eine Überwachung der Temperaturen hinreichend zur frühzeitigen Warnung vor
kondensationsinduzierten Wasserschlägen.
Die Erfindung lässt viele verschiedene Ausführungsformen zu, welche
Gegenstand der Unteransprüche sind. Insbesondere sind verschiedene
Möglichkeiten der Anordnung der Temperatursensoren am oder im Rohr möglich.
Es ist von Vorteil, wenn der erste Temperatursensor und der zweite
Temperatursensor jeweils eine Teilkomponente eines ersten Temperaturfühlers mit einem ersten Gehäuse und eines zweiten Temperaturfühlers mit einem zweiten Gehäuse ist, wobei der erste Temperaturfühler und der zweite
Temperaturfühler an der Wandung des Rohres befestigt sind und ins Innere des Rohres hineinragen, und wobei der erste Temperaturfühler und der zweite Temperaturfühler so im Rohr angeordnet sind, dass der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor die Wandung des Rohres nicht berühren. Der Temperaturfühler umfasst also den Temperatursensor und das Gehäuse.
Darüber hinaus umfasst ein Temperaturfühler selbstverständlich auch etwaige elektronische Komponenten zur Auslesung und Auswertung der Temperatur und ggf. auch eine Energieversorgungseinheit. Vorzugsweise gewährleistet das Gehäuse eine Isolierung gegen der Wandung des Rohres. Die Isolierung sollte derart ausgestaltet sein, dass die Temperatur der Wandung keinen Einfluss auf die Temperaturmessung jeder der beiden Temperatursensoren hat.
Beispielsweise kann das Gehäuse zylindrische Form aufweisen, dessen Eindringtiefe in das Rohr entsprechend der jeweiligen Geometrie angepasst wird und dessen Material eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist.
In einer bevorzugten Ausführung ist der erste Temperaturfühler im oberen Bereich des Rohres befestigt, so dass sich das erste Temperatursensor im oberen Drittel entlang einer vertikalen diametralen Verbindungslinie durch das Rohr befindet, und der zweite Temperaturfühler ist im unteren Bereich des Rohres befestigt, so dass sich der zweite Temperatursensor in unmittelbarer Umgebung der Wandung des Rohres auf dessen unterer Seite befindet. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der der erste Temperaturfühler die Temperatur des Dampfes (T D ) und der zweite Temperaturfühler die Temperatur des Kondensats (T K ) sicher misst.
Alternativ ist in einer weiteren bevorzugten Ausführung der erste
Temperaturfühler im unteren Bereich des Rohres befestigt ist, so dass sich das erste Sensorelement im oberen Drittel entlang einer vertikalen diametralen Verbindungslinie durch das Rohr befindet, und der zweite Temperaturfühler ist im oberen Bereich des Rohres befestigt, so dass sich das zweite Sensorelement in unmittelbarer Umgebung der Wandung des Rohres auf dessen unterer Seite. In diesem Beispiel misst wieder der erste Temperaturfühler die Temperatur des Dampfes (T D ), während der zweite die Temperatur des Kondensats (T K ). Diese Anordnung des ersten Temperaturfühlers vom unteren Bereich aus hat den Vorteil, dass am Gehäuse des zweiten Temperaturfühlers ablaufendes
Kondensat die Messung der Temperatur des Dampfes (T D ) nicht beeinflusst. Es ist bei dieser Ausführung wichtig, dass jeder der beiden Temperaturfühler derart positioniert werden, dass er der jeweils gegenüberliegenden Wandung des Rohres nahekommt, diese aber nicht berührt.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind der erste Temperaturfühler und der zweite Temperaturfühler beide im oberen Bereich des Rohres oder im unteren Bereich des Rohres angebracht, wobei die beiden Gehäuse
unterschiedliche Längen aufweisen. Bei einer Anordnung von der gleichen Seite des Gehäuses ausgehend können die beiden Temperaturfühler besonders einfach miteinander kontaktiert werden, um die Temperaturdifferenz zu bestimmen.
In einer alternativen Ausgestaltung sind der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor in einem Temperaturfühler mit einem Gehäuse angeordnet sind, wobei der Temperaturfühler an der Wandung des Rohres befestigt ist und ins Innere des Rohres hineinragt, und wobei der
Temperaturfühler so im Rohr angeordnet ist, dass der erste Temperatursensor und der zweite Temperatursensor die Wandung des Rohres nicht berühren. Diese Ausführung ist noch kompakter realisierbar als die davor genannte.
Es ist außerdem von Vorteil, wenn der Temperaturfühler im oberen Bereich des Rohres oder im unteren Bereich des Rohres befestigt ist, wobei das Gehäuse im Wesentlichen stabförmig ausgearbeitet ist, und wobei die beiden
Temperatursensoren in unterschiedlichen Bereichen des Gehäuses angeordnet sind, so dass der erste Temperatursensor sich im Bereich des kondensierten Teils des Fluides befindet , und der zweite Temperatursensor sich in dem
Bereich befindet, in welchem das Fluid in der Dampfphase vorliegt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist ein Drucksensor in die
Wandung des Rohres integriert, welcher Drucksensor dazu ausgestaltet ist, den statischen Druck im Rohr zu erfassen, wobei in der Elektronikeinheit eine Dampfdruckkurve des Fluides hinterlegt ist, und wobei nur dann eine Meldung generiert wird, wenn zusätzlich zum Überschreiten des Grenzwertes für die Temperaturdifferenz die Temperatur des Dampfes größer ist als eine dem gemessenen statischen Druck gemäß der Dampfdruckkurve entsprechende Referenztemperatur. Die zusätzliche Messung des statischen Druckes erhöht die Vorhersagegenauigkeit für das Auftreten kondensationsinduzierter
Wasserschläge zusätzlich.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Verfahren zur frühzeitigen Warnung vor kondensationsindizierten Wasserschlägen und/oder Dampfschlägen in einem ein Fluid führendem Bauteil, insbesondere einem Rohr, welches Fluid zu zumindest einem ersten Anteil in der Dampfphase vorliegt und im Falle von Kondensationsbildung zu einem zweiten Anteil in Form eines
Kondensats, wobei die Temperatur des Dampfes gemessen wird, wobei die Temperatur des Kondensats gemessen wird, wobei die Temperaturdifferenz aus der Temperatur des Dampfes und der Temperatur des Kondensats ermittelt wird, und wobei bei Erreichen eines vorgegebenen Grenzwerts für die
Temperaturdifferenz eine Meldung generiert wird.
Dabei ist es von Vorteil, wenn der statische Druck im Rohr gemessen wird, wobei die Temperatur des Dampfes mit der aus einer Dampfdruckkurve zu dem statischen Druck gehörigen Referenztemperatur verglichen wird, und wobei nur dann eine Meldung generiert wird, wenn die Temperatur des Dampfes größer ist als die Referenztemperatur. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche findet bevorzugt Verwendung in der Prozess-und/oder Automatisierungstechnik.
Die Erfindung sowie ihre Vorteile werden anhand der nachfolgenden Figuren Fig. 1 bis Fig. 4 näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Zeichnung eines Aufbaus der Vorrichtung gemäß Anspruch 3, Fig. 2 eine schematische Zeichnung eines Aufbaus der Vorrichtung gemäß Anspruch 4,
Fig. 3 eine schematische Zeichnung eines Aufbaus der Vorrichtung gemäß Anspruch 5, und
Fig. 4 eine schematische Zeichnung eines Aufbaus der Vorrichtung gemäß Anspruch 6 und/oder 7, und mit einem zusätzlichen Drucksensor. In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Gesamtheit hat das Bezugszeichen 1 . Striche an einem Bezugszeichen weisen jeweils auf
unterschiedliche Ausführungsbeispiele hin.
In Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 gemäß Anspruch 3 gezeigt.
Zu sehen ist ein Rohr 2, welches zu einem ersten Anteil von einem Fluid in der Dampfphase, kurz einem Dampf 3 durchströmt wird, und zu einem zweiten Anteil durch ein Kondensat 4. An der Wandung des Rohres 2 sind zwei
Temperaturfühler 5, 6 mit jeweils einem Temperatursensor 7, 8 und jeweils einem Gehäuse 9, 10 befestigt, welche ins Innere des Rohres 2 hineinragen. Keiner der beiden Temperaturfühler 5,6 berührt die Wandung des Rohres 2, so dass dessen Temperatur die Messungen der Temperaturen des Dampfes (T D ) 3 und des Kondensats(T k 4) 4 nicht beeinflussen. In diesem Beispiel misst der erste Temperaturfühler 5 die Temperatur des Dampfes (T D ) 3 und er zweite
Temperaturfühler 6 die Temperatur des Kondensats (T K ) 4. Innerhalb der
Elektronikeinheit 1 1 wird schließlich zu bestimmbaren Zeitpunkten jeweils die Temperaturdifferenz AT=T D -T K ermittelt und beim Überschreiten eines bestimmten bestimmbaren Grenzwertes eine Meldung generiert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung V ist in Fig. 2 skizziert. Wieder ist das Rohr 2 zu sehen, welches zu einem ersten Anteil von einem Dampf 3 durchströmt wird, und zu einem zweiten Anteil durch ein Kondensat 4. Der erste Temperaturfühler 5' ist im unteren Bereich des Rohres 2 befestigt, so dass sich der erste Temperatursensor 7'im oberen Drittel entlang einer (nicht eingezeichneten) vertikalen diametralen Verbindungslinie durch das Rohr 2 angeordnet ist. Der zweite Temperaturfühler 6' dagegen ist im oberen Bereich des Rohres 2 befestigt, so dass sich der zweite Temperatursensor 8' in unmittelbarer Umgebung der Wandung des Rohres 2 auf dessen unterer Seite befindet. In diesem Fall misst wieder der erste Temperaturfühler 5' die
Temperatur des Dampfes (T D ) 4 und der zweite Temperaturfühler 6' die
Temperatur des Kondensats (T K ) 3. Der Einbau des zweiten Temperaturfühlers 5' im unteren Bereich des Rohres 2 hat den Vorteil, dass sich an diesem
Temperaturfühler 5' ablagerndes Kondensat die Messung der Temperatur des Dampfes (T D ) 3 nicht beeinflusst.
Jeder der beiden Temperaturfühler ist derart positioniert, dass er der jeweils gegenüberliegenden Wandung des Rohres 2 nahekommt, diese aber nicht berührt.
In Fig. 3 ist eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 " gemäß Anspruch 5 gezeigt. Der erste 5" und zweite 6" Temperaturfühler sind beide im oberen Bereich des Rohres 2 befestigt. Damit gewährleistet ist, dass einer der beiden Temperaturfühler 5", 6" die Temperatur des Dampfes 3 und der andere diejenige des Kondensats 4 erfasst, müssen die beiden Gehäuse 9", 10" der beiden Temperaturfühler 5", 6" unterschiedliche Längen aufweisen, und die Temperatursensoren 7", 8" jeweils im endstirnigen Bereich des jeweiligen Gehäuses 9", 10" angeordnet sein. Es versteht sich von selbst, dass die beiden Temperaturfühler 5", 6" auch im unteren Bereich des Rohres 2 an dessen Wandung befestigt sein können.
Eine weitere Alternative für eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 "' ist in Fig. 4 gezeigt. Beide Temperatursensoren 7"', 8"' sind in einem Temperaturfühler 5"' mir einem Gehäuse 9"' angeordnet. Dieser Temperaturfühler 5"' ist an der Wandung des Rohres 2 befestigt und ragt in dessen Inneres. Während der Temperaturfühler 5"' in dieser Ansicht vom unteren Bereich des Rohres angebracht ist, kann er selbstverständlich in einer anderen Variante auch im oberen Bereich des Rohres 2 integriert sein. Das Gehäuse 9"' ist im
Wesentlichen stabförmig ausgearbeitet und die beiden Temperatursensoren 7"', 8"' sind in unterschiedlichen Bereichen des Gehäuses 9"' angeordnet. In jedem Fall muss gewährleistet sein, dass einer der beiden Temperatursensoren 7"', in der hier gezeigten Ansicht der erste, zuverlässig die Temperatur des Dampfes (T D ) 3 und der andere der beiden Temperatursensoren 8"', in der hier gezeigten Ansicht der zweite, zuverlässig die Temperatur des Kondensats (T K ) 4 misst.
In Fig. 4 ist weiterhin noch ein Drucksensor 12 gemäß Anspruch 8 eingezeichnet. Dieser ist optional und muss in einer Ausführung gemäß Fig. 4 nicht
zwangsläufig integriert werden. Der Drucksensor 12 dient der Erfassung des statischen Drucks in der Rohrleitung. Dies wiederum erhöht unter Umständen die Zuverlässigkeit der Vorhersage von möglichen kondensationsinduzierten
Wasserschlägen innerhalb der Rohrleitung.
Folgende Betriebszustände einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ,1 ', 1 ", 1 "' sind möglich und erläutern mögliche Szenarien der erfindungsgemäßen
Verfahren: a) Das Rohr 2 ist ausschließlich von Dampf 3 durchströmt und frei von
Kondensat 4. In diesem Falle zeigen die beiden Temperatursensoren 7,8 bis auf wenige Grad die gleiche Temperatur an. Entsprechend ist die ermittelte Temperaturdifferenz AT=T D -T K gering und es wird keine
Meldung generiert.
b) Das Rohr 2 ist vollständig mit Kondensat 4 gefüllt und führt keinen Dampf 3. Auch in diesem Fall beträgt die AT=T D -T K Temperaturdifferenz maximal wenige Grad Kelvin und es wird keine Meldung generiert.
c) Wenn das Rohr 2 zum Teil mit Dampf 3 und zum Teil mit Kondensat 4 durchströmt ist, beträgt die Temperaturdifferenz AT=T D -T K im Normalfall ebenfalls nur wenige Grad Kelvin. Auch dann wird keine Meldung generiert.
d) Ist das Rohr 2 wir im Falle c) zum Teil mit Kondensat 4 und zum Teil mit Dampf 3 durchströmt, wobei die Temperaturdifferenz AT=T D -T K zwischen beiden einen bestimmbaren Grenzwert überschreitet, beispielsweise 20K, wird eine Meldung generiert. Im Falle, dass zusätzlich ein Drucksensor 1 1 vorhanden ist, wird die Meldung nur dann generiert, wenn die gemessene Temperatur des Dampfes (T D ) 4 gleich oder größer ist als die zum gemessenen statischen Druck gehörige Referenztemperatur (T R) , welche anhand einer Dampfdruckkurve bestimmt wird.
Es versteht sich von selbst, dass zahlreiche weitere Anordnungen der beiden Temperaturfühler 5,6 denkbar sind, welche alle ebenfalls unter die Erfindung fallen. Ebenso versteht es sich von selbst, dass auch mehr als zwei
Temperatursensoren 7,8 verwendet werden können, dass es unterschiedlichste Möglichkeiten für die Kontaktierung der Temperatursensoren 7,8 untereinander und der Verbindung mit sowie der Anordnung einer Elektronikeinheit 1 1 gibt. Davon hängt auch die genaue Implementierung einer Auswertung der
Temperaturmessung ab. Ähnliches gilt für die Temperaturfühler 5,6, die
Anordnung mindestens eines Temperatursensors 7,8 in einem Temperaturfühler 5,6 und die Ausgestaltung des jeweiligen Gehäuses 9,10. Schließlich sind auch vielfältige Möglichkeiten der Befestigung der Temperatursensoren 7,8 im
Temperaturfühler 5,6 bzw. der Temperaturfühler 5,6 an der Wandung des Rohres 2 sowie deren dichter Integrierung bis ins Rohrinnere vorhanden, welche hier nicht weiter beschrieben wurden.
Bezugszeichenliste
Erfindungsgemäße Vorrichtung
Rohr
Dampf
Kondensat
Temperaturfühler 1
Temperaturfühler 2
Temperatursensor 1
Temperatursensor 2
Gehäuse 1
Gehäuse 2
Elektronikeinheit
Drucksensor
Next Patent: METHOD FOR OPERATING A FIELD DEVICE