DE2819506C2 - Vorrichtung zum Ermitteln des Absetzbeginns der Feststoffphase einer strömenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um bei einer z. B. in einer Leitung strömenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension das Absetzen der Feststoffphase zu verhindern, muß eine bestimmte kritische Mindestgeschwindigkeit aufrechterhalten werden. Da Suspensionen häufig lichtundurchlässig sind, ist eine optische Kontrolle der Strömungsgeschwindigkeit, ζ. B. durch direkte Beobachtung oder Interferenzverfahren oft nicht anwendbar. Auch haben die in der Suspension enthaltenen Feststoffteilchen häufig eine starke Abtriebwirkung, so daß in die Flüssigkeitsströmung vorspringende bekannte Meßgeräte für die Strömungsgeschwindigkeit, z. B. ein Pitot-Rohr od. dgl. dann nur unter Schwierigkeiten oder nicht anwendbar sind.

Es ist eine Vorrichtung zum Ermitteln der Absetzbewegung der Feststoffphase einer in einer Förderleitung strömenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension bekannt (US-PS 31 60 745), bei welcher zwei in Absetzrichtung quer zur Strömung in Abstand voneinander liegende Strahlungssonden vorgesehen sind, deren Meßwerte durch die Suspensionsdichte beeinflußt und miteinander verglichen werden. Die so durch den Absetzgrad der Feststoffphase beeinflußte Differenzanzeige der Vergleichsmessung gibt einen Hinweis auf den Absetzzustand der Feststoffphase in der Suspension. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch durch die Strahlungssonden sehr aufwendig und kostspielig und bei der Verwendung von Nuklearstrahlen nicht ungefährlich.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mittels der der Absetzbeginn der Feststoffphase einer strömenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension mit wesentlich einfacheren Mitteln als die zuletzt genannte bekannte Vorrichtung und, im Gegensatz zu den zuerst genannten bekannten Meßverfahren ohne Beeinflussung der Strömung und unabhängig von den mechanischen Eigenschaften der Feststoffteilchen der Suspension ermittelt werden kaan.

Dies wird gemäß der Erfindung durch die im

kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 _v enthaltenen

-Maßnahmen erreicht

Die Erfindung nutzt dabei die im Bereich der für den Absetzbeginn kritischen Strömungsgeschwindigkeiten auftretende Turbulenz aus, bei der in einem relativ engen Bereich um diese kritische Geschwindigkeit sich

ίο mit niederer Frequenz ändernde Unregelmäßigkeiten in der Verteilung der Feststoffphase in der Suspension ergeben (Zeitschr. World Dredging and Marine Construction, Sept. 73, Seite 23, Aufsatz von I. Kazanskij: »Friction Losses and Macroturbulent Intensity in Two-Phase Pipe Flows«). Bei Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb dieses Turbulenzbereiches erfolgt die Bildung von ortsfesten Ablagerungen. Durch die Erfindung wird der Grad dieser Turbulenz anhand der Ionenbewegung festgestellt Das sich ergebende Signal gibt einen eindeutigen Hinweis auf die für den Beginn der Absetzbewegung kritische Strömungsgeschwindigkeit

Zur Vereinfachung der Elektrodenanordnung können die beiden Elektrodenpaare eine gemeinsame Elektrode haben. Diese gemeinsame Elektrode liegt zweckmäßigerweise an Masse.

Damit die Vorrichtung unabhängig von der Strömungsrichtung arbeitet, können die Elektroden rohrförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird in der Regel an einer von der Feststoff-Flüssigkeits-Suspension durchströmten Rohrleitung angeordnet, wobei keine Teile über die Rohrwand in den Strömungsbereich vorspringen und daher die Strömung nicht stören können.

Die Vorrichtung kann jedoch auch z. B. zur Überwachung einer Suspension in einem Behälter verwendet werden, in welchem die Suspension ständig umgewälzt wird, um ein Absetzen zu verhindern. Damit kann die Vorrichtung zum Feststellen des Vorhandenseins einer Strömung in einer Flüssigkeit verwendet werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematisch eine Ansicht einer Ausführungsform einer in einer Rohrleitung montierten Vorrichtung, F i g. 2 eine Draufsicht auf die Fülleinrichtung mit einer bevorzugten Anordnung der Elektroden,

Fig 3 schemalisch eine Ansicht einer möglichen Anordnung gemäß F i g. 2 und in einem Blockschema die damit verbundene Meßeinrichtung, und

Fig. 4 mit der Meßeinrichtung gemäß Fig.3 enthaltene Ausdrucke bzw. Diagramme von Signalen, die verschiedene Suspensions-Zustände wiedergeben.

Nach Fig. 1 umfaßt die Fühleinrichtung Elektroden 4, 5 und 6, die durch ein dielektrisches Material 9 voneinander isoliert sind. Die Elektroden S und 6 bilden die induzierende Anordnung und die Elektrode 4 die Signalanordnung. Zwischen den Elektroden 5 und 6 wird eine elektrische Spannung mit Hilfe eines Gleichspannungsgenerators 8 angelegt, um eine Bewegung der Ionen und damit eine Polarisierung ihrer Verteilung in der Suspension 2 zu induzieren, die durch die Leitung 3 in Richtung der Pfeile strömt

Die elektrische Spannung könnte auch durch einen elektrochemischen Effekt erzeugt werden, indem man entsprechende Werkstoffe für die Elektroden 5 und 6

vorsieht

In dem Bereich der Elektroden 4, 5 und 6 bildet sich eine Bewegungsform aus, die von der Verteilung und Konzentration der elektrischen Ladungen abhängt, die eine Funktion der elektrischen Feldstärke und der Geschwindigkeit der Suspension ist Die die Signalanordnung bildende Elektrode 4 ist so angeordnet, daß sie diese Bewegung der Ionen erfassen kann. Sie wird elektrisch auf ein Potential aufgeladen, das dem Gleichgewichtszustand zwischen den aufgenommenen und abgegebenen Ladungen entspricht.

Man kann daher ein elektrisches Signal zwischen der Meßelektrode 4 und einer Bezugselektrode ableiten, die üblicherweise durch die an Masse liegende Elektrode 6 gebildet wird. Wie oben in bezug auf den Einfluß der Bewegung der Suspension auf die Lage, die Verteilung und die Konzentration der Ladungen im Wechselwirkungsbereich der Elektroden ausgeführt, gibt die Meßelektrode 4 ein Signal ab, das sich in Abhängigkeit von Geschwindigkeitsänderungen des Suspensions-Stroms ändert.

Das Signal hat in der Regel eine Gleichstromkomponente und eine Wechselstromkomponente. Die Gleichstromkomponente bezieht sich auf die Gesamtbewegung der Suspension und, wenn diese aus Vereinfachungsgründen als konstant angenommen wird, auf den Diisoziatiunsgrad. Die zweite Komponente bezieht sich im wesentlichen auf das Phänomen der Makroturbulenz, und deren Fehlen zeigt eine Sedimentation einer Materialschicht im Elektrodenbereich an. Die Wechsel-Stromkomponente läßt sich mit Hilfe eines einfachen Instrumentes, z. B. eines Voltmeters 7, erfassen und kann entsprechend gemessen und ausgewertet werden, z. B. in einem Oszilloskop beobachtet und ggf. graphisch aufgezeichnet werden.

Die beiden Elektrodenanordnungen können jeweils nur eine einzige Elektrode aufweisen bzw. eine gemeinsame Elektrode haben, die an Masse liegt. Bei dieser Ausführungsform sind die Funktionen der beiden Elektroden derart kombiniert, daß sie sowohl eine Induktions- als auch eine Meßfunktion haben.

Die Elektroden der beiden Anordnungen können rohrförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet sein. Bei einer solchen Ausführungsform besteht keine Ansprechempfindlichkeit auf die Bewegungsrichtung der Suspension, während man bei einer anderen Anordnung eine Ansprechempfindlichkeit auf die Bewegungsrichtung der Suspension erhält

Gemäß F i g. 3 ist die Fühleinrichtung im Bodenbereich der Rohrleitung 3 eingebaut, durch die eine Suspension, beispielsweise in Wasser suspendierte Kohlepartikel, Kalkpartikel und dergl. strömt und über eine große Entfernung befördert wird. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die Elektroden derart angeordnet, daß sie nicht in den Innenraum der Leitung ragen. Das von der Fühleinrichtung 1 gelieferte Signal geht durch ein Filter 12 mit hohem Durchlässigkeitsbereich, das eine Sperrfrequenz in der Nähe von 0,1 Hz hat. Dieses Filter eliminiert die Gleichstromkomponente des Signals. Das Signal wird dann mit Hilfe eines Verstärkers 13 verstärkt und kann als Funktion der Zeit auf einem Oszillographen 14 dargestellt werden. Das so verstärkte Signal wird ferner zur besseren Wiedergabe auf einen Plotter 17 aufgegeben. Hierzu wird die Wechselstromkomponente des Signals mit Hilfe einer Gleichrichterschaltung 15 gleichgerichtet und geht dann durch eine Schaltung 16, die Mittelwerte des Signals abgibt, damit nicht störende Schwingungen auf den Schreibstift des Plotters 17 übertragen werden.

Schließlich kann das Signal auch mit Hilfe von Abgleichvorfahren verarbeitet werden, um den RMS-Wert zu erhalten, der wesentlich für die Bestimmung einer Turbulenzintensität ist. Man kann auch Verfahren wie die Fourrier-Analyse oder andere Auswertungsmethoden anwenden.

F i g. 4 zeigt Signalbilder, die typische Strömungszustände darstellen. Mit 18 ist ein Signal bezeichnet, das kennzeichnend für eine schnelle Bewegung der Suspension ist. Das Signalbild 19 gibt ein Signal wieder, das sich auf eine langsamere Bewegung bezieht, die jedoch noch über der kritischen Geschwindigkeit liegt.

Das Signalbild 20 zeigt die Bildung von Wellenablagerung der Feststoffphase (Düneneffekt) an.

Das Signalbild 21 ist kennzeichnend für die Sedimentation der Feststoffphase.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ermitteln des Absetzbeginns der Feststoff phase einer strömenden Feststoff-Flüssigkeits-Suspension, insbesondere zur Anzeige der kritischen Strömungsgeschwindigkeit, mit einer Einrichtung zum Feststellen einer erhöhten Feststoffkonzentration im Bereich der zu erwartenden Sedimentation, gekennzeichnet durch zwei Elektrodenpaare (5,6; 4,6), von denen das eine (5,6) zur Erzeugung eines elektrischen Gleichfeldes zur Polarisierung der Verteilung der vorhandenen Ionen dient und das andere (4,6) an eine Einrichtung (7) zur Erfassung des durch die Strömung beeinflußten Spannungsverlaufs angeschlossen ist

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektrodenpaare (5, 6; 4, 6) eine gemeinsame Elektrode (6) haben.

3. Vorrichtung nach Ansprucn 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Elektrode (6) an Masse liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden rohrförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet sind.

5. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1—4 zum Feststellen des Vorhandenseins einer Strömung in einer Flüssigkeit.