CN107430409B - 用于有控制地将气体输入到流体介质中的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在将液态二氧化碳或其他液化气体计量供应到流体介质中时存在这样的危险，即，液体气体在供应管道中就已经部分蒸发并且因此很难确定单位时间所供应的气体的精确量。根据本发明，在气体进入引导流体介质的管道(2)的输入位置的区域中，在流动障碍(5)上持续地测量压力损失并将所述压力损失用作用于控制设置在供应管道(3)中的调节阀(6)的调节参数。由此可以根据压力损失的变化调整液化气体的供应，并且由此可以补偿在计量供应气体时由于供应管道(3)中液化气体的部分蒸发导致的误差。

Description

用于有控制地将气体输入到流体介质中的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种由于有控制地将气体输入到流体介质中的方法，其中，将通过供应管道导入的气流在至少一个输入位置送入引导流体介质流的介质管道中。本发明还涉及一种相应的装置。

背景技术

用于讲二氧化碳或其他气体输入流体介质的方法和装置长期以来就是已知的并且例如用于对饮用水进行pH值调节或用于使碱性废水无害化。这里气体以气态或主要为液态的状态引入流体介质中。

例如为了送入二氧化碳气体通过由气瓶或液箱中提取通常为液态的二氧化碳，并用电或在使用现有热源的情况下使其蒸发。气态的CO₂可以通过常规的流量调节非常精确地计量。但不利的是，蒸发器的安装会带来很高的投资费用。特别是对于每个月只需要以大质量流向流体介质中输入二氧化碳一到两次的客户，这样投资费用在经济上是难以想像的。

其他的方法利用直接计量供应液态二氧化碳的方式。例如由DE 25 44 198 A1已知一种用于使碱性废水无害化的装置，其中，液态的二氧化碳通过在设置在要无害化的液体内部的喷嘴输入，在这里，二氧化碳非常迅速地转化为蒸汽相。在EP 2 179 782 A1中提出了一种用于将液态二氧化碳输入流体介质中的系统，其中，直接在输入点设有止回阀，所述止回阀在压力高于CO₂的三相点时才允许向所述介质中供应二氧化碳并且由此确保了，不会在供应管道和阀中出现形成干冰的现象。在输入液态二氧化碳时也可以通过常见的流量调节阀调节要供应的二氧化碳量。为此，通常将在计量供应之前或之后的质量参数、如例如pH值用于控制。

但特别是当应定量供应较大流量的二氧化碳时，并且当出于经济或其他原因借助于填充有液态二氧化碳的气瓶或气瓶组供应时，这种没有蒸发步骤的二氧化碳以液态输入流体介质中的系统是有问题的。在这种所谓的气瓶组供应中，在气瓶组或气瓶中的压力随着快速提取二氧化碳而显著降低，从而在通向输入点的供应管道中就已经出现了由气态二氧化碳形成气泡的现象，这使得精确地确定流动通过的二氧化碳量变得困难并且在阀位置不变时这会导致单位时间供应的二氧化碳量降低。此外，例如当应对输入的气体进行按量比例的计量供应时，通常不能提供质量参数用于控制。

因此已经尝试，通过借助于气态压力介质实现的外部压力保持措施将气瓶组中的压力保持在恒定值。但这种处理方式同样会导致很高的设备上的支出，此外，在气瓶组中，由于安全性的原因这种处理方式也是有问题的。

在EP 2 368 845 A1中提出了另一种方法：这里连续地测量通过供应管道引导的二氧化碳流的介电函数，以便由介电函数得出液相和气相的比例。但这种布置结构的前提条件是提供复杂的额外的测量技术设备。

发明内容

因此本发明的目的是，在将气体、特别是二氧化碳输入流体介质时，在没有大的设备支出的情况下确保对所供应的气体进行有效的量调节，这种量调节特别是也能在气瓶组供应中使用。

所述目的通过根据本发明的方法以及根据本发明的装置来实现。

就是说，在根据本发明的用于有控制地将气体输入到流体介质中的方法中，将通过供应管道导入的气流在至少一个输入位置送入引导流体介质流的介质管道中，根据本发明，在介质管道中在气体的一个输入位置的区域内或在该输入位置的下游或者在多个输入位置的区域内或下游持续地测量压力损失并且将压力损失作为调节参数用于控制设置在供应管道中的调节阀。这里本发明基于这样的设想，即，在气流输入到流体介质中之后在气体输入位置的下游存在流体介质与所述气体的混合物。气体在这种混合物中的体积比例越高，则在介质管道中在输入位置的区域内或在输入位置的下游测得的压力损失越大。

所输入的气流是输入流体介质中的气体(以气流的形式)或者是液化气体，所述液化气体在送入流体介质之前或期间蒸发。本发明特别适用于气体、例如二氧化碳以液化状态引入、但还在供应管道中至少部分蒸发的场合。供应管道中气相比例的变化会导致整个供应的气体质量流的变化，就是说，单位时间供应给流体介质的气体的量变化，并且由此导致以与流体介质的混合物的形式存在于介质管道中的气体的体积比例变化，这种变化的体积比例又表现为所测得的压力损失的变化。根据本发明，将这种效应用于，调节气体向介质管道中能够在安装在供应管道中的调节阀上调整的供应。

本发明的一个特别有利的实施形式设定，供应给介质管道的气流是至少部分和/或暂时处于液化形式的气体。在送入过程中液相和气相的比例特别是可变的，这里液相的比例可以在1至100％之间波动。液相在与流体介质接触时快速蒸发。这里，在供应管道中，气流中气态的比例相对于液态的比例越高，则总体供应给流体介质的气体质量流就越小，并且在介质管道中在输入位置的下游测得的压力损失就越小。在这种情况下，例如进一步打开供应管道中的调节阀，以便将所供应的气体质量流重新带到预先规定的值。

根据本发明的方法的前提只是流体介质具有确定的体积流，但这在很多情况下是能够毫无问题地提供的。在对系统进行校准之后，可以非常精确地确定总体上供应给流体介质的气体量，而不必准确地知道供应管道中液化的气体的相组成。

根据本发明的方法可以适宜地用于这样的场合，其中，多个相同或不同的气流(液态和/或气态地)计量供应到介质管道中。在这种情况下，根据本发明的方法使得可以调节总体上计量供应的气体量(例如保持其恒定)，不必为此测量各个气体质量流。

根据本发明的方法例如可以用于这样的场合，其中，气体在处理过程中被部分消耗，但部分被回输并且重新利用。在这些场合中，可以通过根据本发明的方法非常简单地调节从存储容器中计量供应的新鲜气体，以便补充处理过程所需的气体量。

压力损失的测量优选通过本身已知且得到验证的压差测量法进行。这里，在介质管道中，在一个在介质管道中设置在输入位置的区域中或输入位置的下游的流动障碍的上游或下游持续地测量压力，并由此确定压差的值，所述压差的值接下来用作调节参数，用于控制供应管道中的调节阀。备选地，用于确定压差的压力测量既可以在输入位置的上游和下游进行，也可以在所述流动障碍的上游和下游进行。

根据本发明的方法特别是适合于将二氧化碳(以液态和/或气态)供应到流体介质中，特别是适于将二氧化碳供应到饮用水或废水中，但不仅限于此。

在根据本发明的用于有控制地将气体输入流体介质中的装置中，在输入位置将气体气态地或以至少部分和/或暂时液化的形式输入到引导流体介质的介质管道中，在介质管道中，在输入位置的区域内或在输入位置的下游设置流动障碍。在流动障碍的上游和下游，优选在输入位置和流动障碍的上游和下游，分别在介质管道中设置压力检测装置，所述压力检测装置与供应管道中的调节阀处于数据连接。

根据本发明，连续地确定在各压力检测装置上测得的压力之间的差。所述压差与经过测量位置的介质的组成相关，并且特别是与引入流体介质中的气流相关。压力检测装置例如构造成压力传送器(PT或PIT)，通过所述压力传送器将检测到的压力直接转换成电子信号，并且所述压力传送器与控制单元处于数据连接。所述控制单元将所确定的压差的值与理论值相比较，并且根据偏差向调节阀发送用于改变用于液化气体的供应管道中的体积流量的控制指令。以这种方式，即使在所供应的气流中的气相或液相的比例变化时，也可以可靠地总体上调节供应给流体介质的气体质量流。

优选设有流量孔板或静态混合器作为流动障碍。在后面一种情况下，静态混合器同时还确保将液化气体均匀地混入流体介质中。

在本发明的一个特别有利的实施形式中，在供应管道中，在输入位置的区域内设置压力调节阀或压力保持阀形式的防回流保险装置，这使得只有在供应管道中存在预先规定的最低压力或在供应管道中相对于介质管道中的压力存在最低过压时才允许计量供应气流。以这种方式特别是防止了，在供应管道中出现压力降低的情况下流体介质从介质管道中进入供应管道。所述防回流保险装置用于计量供应低温介质并且特别是应防止由于流体介质进入或由冰冻的气体、对于二氧化碳是由于干冰出现供应管道结冰的现象，这种防回流保险装置的一个例子例如由EP 1 867 902 A2已知，这里明确援引该文献。

特别是当作为液化气体源使用一个气瓶、一个由多个气瓶组成的气瓶组、多个气瓶组或用于液化气体的液箱时，根据本发明的装置也是适合的。对于二氧化碳的情况，CO₂升液管瓶或者一个或多个适于提取液体的CO₂气瓶组或CO₂液箱是特别是适合的。

介质管道中的压力检测装置和调节阀与电子的控制单元适宜地处于数据连接，通过所述控制单元能够按照预先规定的程序或根据预先规定的理论值控制和调节液化气体的供应流。控制单元特别是根据借助于压力检测装置确定的压差调节送入介质管道中的气体质量流。控制单元优选还监视或调节流体介质的体积流；所述控制单元另外还是用户侧的监控系统(例如调节器或过程控制系统)的一部分和/或用于其他客户特定的任务。控制单元例如也可以这样编程，即，在所供应的气体达到预先规定的总量时和/或在出现故障、例如在由于气泡使供应管道堵塞时，所述供应单元向调节阀发出信号，以完全闭锁或打开液化气体的供应，或者使调节阀占据安全位置。

如果希望在无需精确测量气体量的情况下对所供应的气体进行按量比例的计量供应并且在经济上在流体介质中出现的压力降低是可接受的，原则上总是可以使用根据本发明的方法或根据本发明的装置。

根据本发明的方法或根据本发明的装置例如适于处理作为流体介质的水，例如用于制备具有高CO₂含量的工业用水。但根据本发明的方法或根据本发明的装置不仅限于向水或含水的流体介质中供应二氧化碳或供应气体，而是原则上也可以用于向任意气态或液态的介质中计量供应任意的气体。通过本发明特别是可靠地避免了由于在供应的液化气体时由于形成气泡在检测所供应的气体量时所造成的问题。

附图说明

下面根据附图来详细说明本发明的一个实施例。唯一一个附图(图1)示出了根据本发明的装置的流程图。

具体实施方式

图1示出用于向流体介质中计量加入气态或液化的气体、在该实施例中加入液态二氧化碳的装置1。要处理的流体介质特别是水，例如是工业用水，所述流体介质流动通过介质管道2。供应管道3用于供应液态的二氧化碳，所述供应管道在输入位置4通入介质管道2。为此，在输入位置4或输入位置的下游设置流动障碍，在该实施例中是静态混合器5。二氧化碳通过供应管道3的供应流能够借助于可操控的调节阀6来调整。在介质管道2中分别在输入位置4和静态混合器5的上游和下游设置压力测量仪器7、8，所述压力测量仪器例如是PT仪器或PIT仪器。压力测量仪器7、8和调节阀6与控制单元9处于数据连接。

在使用装置1时，由这里未示出的源、例如由CO₂气瓶组经由供应管道3导入二氧化碳，并且借助于静态混合器5将其混入介质管道2中的流体介质中。通过周围的流体介质的热量使得液态的二氧化碳非常快速地蒸发，并且在输入位置4的下游形成由流体介质和气态的二氧化碳组成的混合物。在介质管道2中连续地测量输入位置4和静态混合器5上游和下游的压力并由所述在控制单元9中确定压差。压差的大小这里特别是取决于在输入位置4下游的流体介质中的气态二氧化碳的比例。在供应管道3中在输入位置4的区域中的可选的防回流保险装置10在供应管道3中压力降低的情况下防止流体介质流入供应管道3。

在供应液态二氧化碳时，在供应管道3内部二氧化碳就已经可能发生部分蒸发。特别是在使用整个CO₂气瓶组作为二氧化碳源时，在提取速率大时，会加剧地出现气泡。所述气泡会影响被引导通过供应管道3的二氧化碳流，使得随着供应管道3中的气体比例变大，单位时间供应给介质管道2的二氧化碳总量降低。由此压力测量仪器7和8之间的压差同时改变。控制单元9记录这种改变并且向调节阀6发送控制信号，以用于对供应管道3中的二氧化碳流进行适配调整。

为了实现精确地计量供应二氧化碳，必须在正常使用所述装置之前校准装置1。为此，将已知的气态二氧化碳流通过供应管道3送入流体介质(在被引导通过介质管道2的介质流具有同样已知的值的情况下)并且此时记录在压力测量仪器7和8之间得到的压差，用于建立校准曲线。接着，可以精确地确定送入介质管道2中的二氧化碳的量，而不必为此直接测量流动通过供应管道3的二氧化碳量。备选地也可以使用针对相应的流动障碍计算出的校准曲线。

此外还要指出的是，供应管道3在调节阀4的上游不会由于气泡的大量积聚而发生堵塞。因此尽可能避免了狭窄部位和向下引导的或陡峭的管道段。此外可以替代静态混合器5或补充于静态混合器设置不同的流动障碍、例如流量孔板，在所述流动障碍上测量压差。流动障碍也可以设置在输入位置4的下游。此外，替代由气瓶或气瓶组中供应气体，也可以使用液箱供应。

附图标记列表

1 装置

2 介质管道

3 供应管道

4 输入位置

5 静态混合器

6 调节阀

7 压力测量仪器

8 压力测量仪器

9 控制单元

10 防回流保险装置

Claims (11)

1.用于有控制地将气体输入到流体介质中的方法，其中，将通过供应管道(3)导入的气流在至少一个输入位置(4)送入引导流体介质流的介质管道(2)中，其特征在于，在所述介质管道(2)中在输入位置(4)的区域内或在所述至少一个输入位置(4)的下游持续地测量压力损失并将所述压力损失作为调节参数用于控制设置在供应管道(3)中的调节阀(6)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，供应给所述介质管道(2)的气流至少部分地和/或暂时地由液化气体组成，所述液化气体在向介质管道(2)中进入流体介质中时蒸发。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在多个输入位置(4)向介质管道(2)中送入一个气流或多个气流并且根据在这些输入位置(4)下游对压力损失的测量调节所输入的气体的总量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了测量压力损失，分别在设置在介质管道(2)中的流动障碍(5)的上游和下游持续地测量介质管道(2)中的压力，并由此确定压差的值，将所述值用作用于控制调节阀(6)的调节参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在输入位置(4)的上游和下游测量介质管道中的压力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述气流由二氧化碳组成。

7.用于有控制地将气体输入到流体介质中的装置，所述装置具有用于气流的供应管道(3)，所述供应管道连接在气体源上并装备有可操控的调节阀(6)，所述供应管道在至少一个输入位置(4)通入引导流体介质的介质管道(2)中，其特征在于，在介质管道(2)中设置流动障碍(5)，并且在流动障碍(5)的上游和下游或者在输入位置(4)和流动障碍(5)的上游和下游分别设置用于检测介质管道(2)中的压力的压力检测装置(7、8)，所述压力检测装置与供应管道(3)中的调节阀(6)处于数据连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，设有静态混合器或流量孔板作为流动障碍(5)。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，在供应管道(3)中，在输入位置(4)的区域中设置防回流保险装置(10)。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，使用一个气瓶、一个气瓶组、多个气瓶组或液箱作为液化气体的源。

11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，压力检测装置(7、8)和调节阀(6)与控制单元(9)处于数据连接，通过所述控制单元能根据预先规定的程序调节通过供应管道(3)的液化气体的供应流。

Images