DE2847171A1

DE2847171A1 - Leckdetektor

Info

Publication number: DE2847171A1
Application number: DE19782847171
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dueringer
Original assignee: Gretag AG
Current assignee: Gretag AG
Priority date: 1977-10-31
Filing date: 1978-10-30
Publication date: 1979-05-03
Also published as: GB2006966B; GB2006966A; CH623911A5

Description

GRETAG AKTIENGESELLSCHAFT, 8105 Regensdorf/ZII₅ (Schweiz) Anwaltsakte; 29 490 30. Oktober I978

Case 7-11413 /GTS 432

Deutschland

Leckdetektor

Die Erfindung betrifft einen Leckdetektor mit einem Einlass und einem Auslass zum Einfügen in ein Flüssigkeit sleitungssystem.

Die Erfassung bzw. das Detektieren von Lecks in Leitungen zum Transport von Flüssigkeiten durch

- sogenanntes Abpressen der Leitung ,

- volumetrisches Messen des der Leitung pro Zeiteinheit

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zu- bzw. abgeführten FlUssigkeitsvolumens und durch - mechanisches, elektrisches oder thermisches Messen der Strömungsgeschwindigkeit am Eingang und am Ausgang der zu Überwachenden Leitung ist grundsätzlich bekannt.

Zweifelsohne erlaubt das Abpressen die Detektion der absolut kleinsten Lecks. Diese Methode ist jedoch komplex und umständlich und besitzt ferner den Nachteil, dass über dem Betriebsdruck der Leitung liegende Drucke angewandt werden mUssen.

Die Problematik der Leckdetektion mittels volumetrischer Messung liegt einerseits im hohen Gestehungspreis der dafür nötigen Einrichtungen, ferner im fortgesetzten Verschleiss der bewegten Dichtungsflächen und letztlich in der nur relativen Genauigkeit dieser Einrichtungen.

Mechanische, thermische und elektrische Strömungsmesser fallen als Detektoren nicht zuletzt aufgrund ihrer grossen minimalen Ansprechmenge für viele Anwendungen ausser Betracht.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung einen Leckdetektor zu schaffen, mit dem sich auch absolut kleinste Leckströme zuverlässig und genau erfassen lassen. Die An-Sprechgenauigkeit von wenigen cm pro Stunde soll im wesentlichen unabhängig sein von der Durchflusskapazität des Leitungssystems, auch wenn diese um 3 bis 4 Zehnerpotenzen höher liegt als der absolut kleinste Wert des detektierbaren Lecks. Der zu schaffende Leckdetektor soll permanenter Bestandteil eines Leitungssystems sein, wobei der Betrieb der Leitung auch bei Ausfall des Detektors gewährleistet sein muss. Der zu schaffende Detektor soll ferner die Funktionstauglichkeit des Leitungssystems als Transportvorrichtung

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zu keiner Zeit beeinträchtigen.

Der diesen Ansprüchen genügende Leckdetektor ist gemäss der Erfindung gekennzeichnet durch einen den Einlass mit dem Auslass verbindenden und ein Rückschlagventil,

das sich erst ab einem vorgegebenen Differenzdruck öffnet, enthaltenden Hauptströmungskanal und einen ebenfalls den Einlass mit dem Auslass verbindenden Nebenströmungskanal geringerer Durchflusskapazität, in welch letzterem ein thermischer Strömungsdetektor angeordnet ist.

Aus der DE-PS 597 218 ist ein Strömungsmesser bekannt mit einem Haupt- und einem Nebenmesser und einem diesen gemeinsamen, vom jeweils schneller laufenden angetriebenen Zählwerk. Der Nebenmesser ist durch eine Leitung überbrückt, in der ein von einer Membran angesteuertes Ventil angeordnet ist, wobei die Membran von dem in einem Venturi-Rohr in der Zuleitung zum Nebenmesser erzeugten Differenzdruck beaufschlagt wird. Bei diesem Strömungsmesser fliesst der zu messende Gasstrom somit bis zu einem gewissen Grenzwert über den Nebenmesser zum Hauptmesser. Falls der Gasdurchsatz den Grundwert übersteigt, fliesst der Grossteil des Gasstroms direkt zum Hauptmesser. Der aus der DE-PS 597 218 bekannte Strömungsmesser weist verschiedene Nachteile auf, die Ihn für eine Anwendung als Leckdetektor ungeeignet machen. Zunächst einmal ist er nur für gasförmige Medien geeignet. Ferner setzt die Venturi-Anordnung gewisse Mindestströmungsgeschwindigkeiten voraus, die bei der Leckdetektion nicht erfüllt sind. Und sehliesslich ist die Konstruktion mit Membranventilen mechanisch unstabil, aufwendig und auffällig und besitzt Flatterneigung.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemässen Leckdetektors,

Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1 in grösserer Darstellung

Fig. 3 eine Variante dieses Details und

Fig. 4 und 5 zwei Fördersysteme mit einem Leckdetektor gemäss Fig. 1 oder 2.

Der in Fig. 1 in Gebrauchslage gezeigte, als Ganzes mit LD bezeichnete Leckdetektor umfasst ein aus zwei mittels O-Ringen la und Ib gegenseitig abgedichteten Teilen 2 und 3 bestehendes Kunststoffgehäuse, in welchem alle wesentlichen Elemente des Leckdetektors ausgebildet bzw. enthalten sind.

Der obere Gehäuseteil 2 ist mit einem Einlassnippel 4 und einem Auslassnippel 5 zum Anschluss des Leckdetektors an eine FlUssigkeitsförderleitung versehen. Die beiden Nippel setzen sich nach innen in zwei fluchtenden Bohrungen und 7 fort, welche durch eine weitere, engere Bohrung verbunden sind. Im Bereich der Bohrung sind zwei nach aussen kommunizierende Hohlräume 9 und 10 angeordnet,

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welche durch zwei Stahlröhrchen 11 und 12 Überbrückt sind, sodass die Bohrung 8 nur mit den Bohrungen 6 und 7 kommuniziert (Fig. 2). Auf den im Kunststoff gegenseitig thermisch isoliert befestigten Stahlröhrchen 11 und_12 sind jeweils ein NTC-Temperaturflihler 13 bzw. 14 und ein elektrisches Heizelement 15 bzw. 16 angeordnet, welche zusanmen einen thermischen Strömungsdetektor bilden. Die nicht dargestellten Anschlussdrähte dieser Teile führen durch die Hohlräume 9 und 10 nach aussen.

Von den Fohrungen 6 und 7 zweigt je eine Querbohrung 17 bzw. L8 nach unten ab, von denen sich die auslassseitige nach unten zum oberen Teil einer im unteren Gehäuseteil 3 befindlichen Ventilkammer 19 erweitert. Die Ventilkammer enthält eine gläserne Ventilkugel 20 und in ihrem Bodenteil einen der Ventilkugel angepassten Ventilsitz 21. Die Kammer bzw. der Ventilsitz ist Über eine weitere senkrechte Bohrung 22 sowie eine sdiräge Verbindungsbohrung 23 mit der Querbohrung 17 verbunden.

Wie ersichtlich, enthält der Leckdetektor zwei Strömungskanäle. Der Hauptströmungskanal führt vom Einlassnippel 4 Über die Bohrungen 6, 17, 23 und 22 zur Ventilkammer 19 und von dort über die Bohrungen 18 und 7 zum Auslassnippel 5. Der Nebenströnmngskanal führt vom Einlassnippel 4 direkt über die drei Bohrungen 6, 8 und 7 zum Auslassnippel 5.

Fig. 3 zeigt eine Detailvariante des Leckdetektors. Der einzige Unterschied gegenüber der Variante nach Fig.

1 und 2 besteht im thermischen Strömungsdetektor. Hier sind im Bereich der Bohrung 8 anstelle der zwei Hohlräume 9 und 10 drei solcher Hohlräume 37, 38 und 39 vorgesehen und entsprechend durch drei Stahlröhrchen 40, 41 und 42 überbrückt, sodass die Bohrung 8 eine durchgehende

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Leitung bildet. Auf den beiden äusseren Röhrchen 40 und 42 ist je ein NTC-Temperatürfühler 43 bzw. 44 und auf dem mittleren Röhrchen 41 ein elektrisches Heizelement 45 angeordnet, Vielehe zusammen einen thermischen Strömungsdetektor bilden.

Fig. 4 zeigt die Anordnung des Detektors LD in einem Förderleitungssystem. Das in einem Tank 101 gelagerte Fördergut, dessen Niveau mit 102 bezeichnet ist, gelangt über den Leckdetektor LD, eine Förderleitung 105, eine Förderpumpe 106 und ein Abschnitt- oder Rückschlagventil 107 zu einem Verbraucher 108. Das System wird von einer elektronischen Steuerung 110 überwacht bzw. gesteuert, die mit dem Verbraucher 108 und dem Leckdetektor LD über elektrische Leitungen 109 und 111 verbunden ist.

Die Steuerung 110 enthält unter anderem ein Netzteil, mehrere Verstärker für die von den NTC-TemperatürfUhlern des Leckdetektors kommenden Signale, Leistungsstufen zum Betrieb der Heizelemente und diverse Logikstufen kombiniert mit geeigneten Fensterdiskriminatoren sowie Anzeigen für Betriebsbereitschaft (Netz ein), Leitung in Betrieb - ausser Betrieb, Detektor funktionstüchtig, Leckstrom vorwärts, Leckstrom rückwärts. Die Realisierung einer Steuerung mit diesen Spezifikationen liegt im Bereich des Könnens des Fachmanns, sodass sich eine nähere Beschreibung erübrigt.

Die Funktionsweise des Leckdetektors ist wie folgt:

Bei eingeschalteter Förderpumpe strömt das Fördergut aus dem Tank 101 durch den Einlassnippel 4 in die Ventilkammer 19 des Leckdetektors. Durch den Förderdruck wird die Ventilkugel 20 aus dem Sitz 21 gehoben und innerhalb der Kammer hochgestossen, wobei eine

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vom Förderdruck abhängige Durchflussöffnung freigegeben wird. Von der Ventilkammer gelangt das Fördergut schliesslich Über den Auslassnippel 5 in das Leitungssystem zur lick.

Ein Teil, des Förderguts fliesst auch Über den Nebenströmungskanal. Der Durchsatz im Nebenstrom hängt vom Druck in der Ventilkammer ab. Bei geringen bzw. geringsten Fördermengen des Systems steigt der Druck in der Kammer proportional mit der vom System geförderten Menge an und dementsprechend nimmt die über die Bohrung 8 abgezweigte Fördergutmenge zu. Bei leicht höheren bis zu höchsten Fördermengen des Systems vergrössert sich der von der Ventilkugel freigegebene Durchflussquerschnitt in der zuvor beschriebenen Weise und verhindert bzw. begrenzt damit das weitere Ansteigen des Kammerdruckes in Abhängigkeit von der Fördermenge des Systems. Aufgrund des damit mehr oder weniger konstanten Druckes innerhalb der Kammer bleibt die Über den Nebenkanal abgezweigte Fördergutmenge ebenfalls mehr oder weniger konstant und unabhängig von der Fördermenge des Systems. Die Charakteristik des Kammerventils und die Detektorempfindlichkeit sind derart aufeinander abgestimmt, dass der Maximalwert des via Nebenstromkanal abgezweigten Fördergutes den oberen Grenzwert der Ansprechempfindlichkeit des thermischen Detektors niemals übersteigt. Dadurch ist die Möglichkeit zur periodischen SelbstUberprlifung der Funktionstauglichkeit des Leckdetektors während der Förderphase des Systems gegeben.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Strömungsdetektor, der durch die Heizelemente 15 und 16 sowie durch die Temperaturfühler 13 und 14 gebildet ist, werden die von den Temperaturfühlern erfassten Temperaturen durch geeignete Steuerung der Heizelemente auf konstantem,

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gleichem Niveau gehalten. Die dafür nötigen Heizleistungen bzw. deren Differenzen bilden dann ein Mass für vorhandene Strömungen. Positive Leistungsdifferenzen zwischen den Heizelementen 15 und 16 werden zusammen mit einem bei eingeschalteter Förderpumpe gelieferten "Demand"-Signal von der Steuerung 110 als "Leitung in Betrieb" und "Leckdetektor funktionstüchtig" interpretiert. Die Realisierung einer geeigneten Steuerung liegt im Bereich des Könnens des Fachmanns. Sie umfasst im wesentlichen zwei Regelkreise, deren einer das Niveau und deren anderer die Differenz der Temperaturen an den beiden Messstellen konstant bzw. auf Null hält.

Bei der Variante nach Fig. 3 bilden das Heizelement und die beiden Temperaturfühler 43 und 44 zusammen mit der Steuerung 110 einen richtungsempfindlichen Durchflussdetektor, welcher den Durchfluss über den genannten Nebenstrom erfasst. Positive Temperaturdifferenzen zwischen den Fühlern 44 und 43 bedeuten Fördergutflusse in Richtung vom Tank weg, negative Differenzen Flüsse in umgekehrter Richtung. Die Steuerung 110 interpretiert die positive Temperaturdifferenz zusammen mit einem vom Verbraucher bei eingeschalteter Förderpumpe gelieferten "Demand"-Signal als "Leitung in Betrieb" und "Leckdetektor funktionstüchtig" und zeigt dies entsprechend an.

Während des Ruhezustandes des Fördersystems (d.h. bei ausgeschalteter Förderpumpe) sind FlUssigkeitsströmungen innerhalb des Systems lediglich im Zusammenhang mit Fördergutverlusten, beispielsweise infolge von Systemundichtigkeiten, möglich. Ein allfälliger Fördergutrllckfluss in den Tank (Fig. 4) wäre demzufolge als Hinweis auf Lecks, insbesondere in den Abschnitten A-B und C-D der Leitung 105 aufzufassen. Umgekehrt würden

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Förderputverschiebungen aus dem Tank auf Lecks.insbesondere im Abschnitt B-C der Leitung 105 hinweisen. Leitungsdefekte, welche auf der Höhe des Fördergutniveaus 102 liegen, führen zu keinen Leckverlusten und bleiben denzufolge solange unentdeckt, -als das Niveau im Tank unverändert bleibt.

Während des Ruhezustandes des Systems liegt die Glaskugel 20 (Fig. 1) im Ventilsitz 21 und verschliesst damit den Hauptströmungsweg. Als einziger freier Durchlass innerhalb des Leckdetektors verbleibt somit lediglich der Nebenströmungsweg über den thermischen

Strömungsdetektor. Allfällige Fördergutverschiebungen infolge eines Lecks im Leitungssystem fliessen demzufolge zwangsläufig durch diesen Nebenweg und werden dabei vom genannten thermischen Durchflussdetektor erfasst und von der Steuerung als "Leck vorwärts" bzw. "Leck rückwärts" interpretiert und angezeigt. Bei geeigneter Bemessung des Detektors lassen sich Leckströme bis hinab zu

3
wenigen cm pro Stunde mit Sicherheit feststellen.

Leckraten unterhalb eines gewissen Mindestwertes bleiben unerkannt und werden von der Steuerung als "Leitung ausser Betrieb" interpretiert.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Abmessungen kann der Leckdetektor Lecks in der Grosse von 3 bis

3
2 cm pro Stunde noch mit Sicherheit feststellen.

Der obere Grenzwert der Erkennbarkeit ist abhängig von der Richtung der Leckströmung. Bei Leckströmen in Richtung vorwärts stimmt die Erkennbarkeitsgrenze dank der nichtlinearen Charakteristik des Rückschlagventils 20-21 mit der Durchflusskapazität des Leckdetektors Uberein (hier

3
etwa 10 000 cm /h) . Bei Leckströmen in Richtung rlickwärts bleibt der Hauptströmungskanal· verschlossen und der gesamte Leckstrom fliesst zwangsläufig durch den

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Nebenstromkanal des thermischen Durchflussdetektors. Massgebend fUr die Erkennbarkeit von Leckstrb'men in Richtung rückwärts ist somit die obere Grenze der Ansprechempfindlichkeit des thermischen Durchflussdetektors. Sie liegt hier bei etwa 180 cm/h.

Das in Fig. 4 gezeigte Leitungssystem ist für flüssige Treibstoffe etc. nur bis zu Förderhöhen von etwa 4 m geeignet. Grb'ssere Förderhöhen würden bei ruhendem System zur partiellen Verdampfung des Fördergutes im Bereich des Rückschlagventils 107 und damit zu einer falschlichen Leckanzeige infolge des mit der Verdampfung verbundenen FördergutrUckflusses führen.

FUr Förderhöhen über 4 m wird daher mit Vorteil das in Fig. 5 dargestellte Fördersystem verwendet, welches sich vom System nach Fig. 4 vor allem durch ein Rückschlagventil 112 im Tank 101, eine zusätzliche Förderpumpe 104 und durch ein Druckgefäss 113 und ein Ausgleichsgefäss 114 unterscheidet. Ferner ist dem Leckdetektor LDeinerPumpe 104 vorgeschaltet.

Im Ruhezustand des Systems liegt das Gewicht der Fördergutsäule auf dem Rückschlagventil 112 und hält dieses geschlossen, sodass im Leitungsabschnitt D-E keine Verdampfung infolge Unterdruck auftreten kann. Der Druck im Druckgefäss 113 entspricht dem Druck der Fördergutsäule im Leitungsabschnitt D-E.

Im Falle von Lecks in den Leitungsabschnitten D-E oder B-C fliesst Fördergut aus dem unter Ueberdruck stehenden Druckgefäss über den Leckdetektor LD zu den Leckstellen. Das gleichzeitig in Richtung dor Leckstellen strömende Fördergut aus den Leitungsabschnitten D-E oder B-C wird vom Leckdetektor nicht erfasst. Diese nicht erfassten Anteile sind aber im Extremfall höchstens

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gleich gross wie die der Leckstelle via Leckdetektor zufliessenden Fördergutanteile.

Dieselben Ueberlegungen gelten ftlr allfällige Lecks im Leitungsabschnitt C-D. Nach dem ultimativ eintretenden Druckausgleich im Druckgefäss 113 strömt Fördergut aus dem Tank via Leckdetektor in Richtung Leckstelle.

Im Falle eines Lecks im Leitungsabschnitt A-B fliesst Fördergut aus den Leitungsabschnitten D-E und B-C via Leckdetektor zur betreffenden Leckstelle. Das gleichzeitig vom Druckgefäss zuströmende Fördergut wird nicht erfasst.

Schliesslich sei noch bemerkt, dass der erfindungsgemässe Leckdetektor auch für Fördersysteme geeignet ist, bei denen der Verbraucher tiefer als der Tank liegt.

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Leerseite

Claims

Anwaltsakte: 29 490

Patentansprüche

Leckdetektor mit einem Einlass und einem Auslass

zum Einfügen in ein FlUssigkeitsleitungssystem, gekennzeichnet durch einen den Einlass mit dem Auslass verbindenden und ein Rückschlagventil, das sich erst ab einem vorgegebenen Differenzdruck öffnet, enthaltenden Hauptströmungskanal und einen ebenfalls den Einlass mit dem Auslass verbindenden Nebenströmungskanal geringerer Durchflusskapazität, in welch letzterem ein thermischer Strömungsdetektor angeordnet ist.
2. Leckdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Strömungsdetektor zwei Temperaturfühler und ein elektrisches Heizelement aufweist, welche in einem Abschnitt des Nebenströmungskanals in der Reihenfolge Temperaturfühler- Heizelement Temperaturfühler angeordnet sind.
3. Leckdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Strömungsdetektor zwei Temperaturfühler und zwei elektrische Heizelemente aufweist, die an zwei voneinander entfernten Stellen des Nebenströmungskanals jeweils paarweise angeordnet sind.
4. Leckdetektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenströmungskanal im Bereich des thermischen Strömungsdetektors eine lichte Weite von nicht mehr als 3-4 mm aufweist.
5. Leckdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein dichtes Gehäuse vorgesehen ist, in welches der Einlass und der Auslass

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münden, und dass im Inneren des Gehäuses eine Kammer ausgebildet ist, welche das Rückschlagventil enthält und mit dem Einlass und dem Auslass kommuniziert.
6. Leckdetektor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil durch einen in
der Kammer ausgebildeten Ventilsitz und eine in der
Kammer frei beweglich angeordnete Ventilkugel gebildet ist.

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