METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING THE SATURATION TEMPERATURE OF A HOT LIQUID UNDER PRESSURE

Abstract: 1. Method of determining the saturation temperature of a hot pressurized liquid by employing a test vessel (1), which is connected to the liquid via a differential pressure line (2) and to which is assigned a heating element (7), a temperature detector (5) and a steam/water detector (20), the power of the heating element being controlled by the steam/water detector, characterized in that the liquid is introduced into the upper region of the test vessel (1), in that the liquid located inside the test vessel is heated up to below the saturation temperature and is held in this undercooled state, in that the temperature of the liquid located in the test vessel (1) is measured, and in that the temperature value corrected by the degree of undercooling represents the saturation temperature.

Description: Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Sättigungstemperatur einer heissen, unter Druck stehenden Flüssigkeit Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Sättigungstemperatur einer heissen, unter Druck stehenden Flüssigkeit mit einem über eine Wirkdruckleitung mit der Flüssigkeit in Verbindung stehenden Prüfbehälter, dem ein Heizelement, ein Temperaturfühler und ein Dampfwasser-Detektor zugeordnet ist, wobei die Leistung des Heizelements von dem Dampfwasser-Detektor gesteuert wird, nach Patentanmeldung P 33 21 015 2. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-A-3 321 015 bekannt. Dort ist eine Trennung in eine Dampf- und eine Wasserphase zwingend erfor#derlich. Die Wirkdruckleitung mündet in den unteren Bereich des Prüfbehälters. Der Dampfwasser-Detektor steuert zwar die Heizleistung, dient aber letztenendes nur als Anzeigeelement, ob in seinem Bereich Dampf oder Wasser vorliegt. Im praktischen Einsatz hat sich gezeigt, dass bei grossen Drucktransienten in der zu überwachenden Anlage das gewünschte Niveau innerhalb des Prüfbehälters zwischen Dampf-/ Wasserphase nicht zu halten ist. Das führte nicht selten zu einem Ausdampfen des gesamten Wasserinhalts des Prüfbehälters über die Wirkdruckleitung. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das auch bei grössten Drucktransienten das Wasserniveau im Prüfbehälter oberhalb des Dampfwasser-Detektors hält. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch, dass die Flüssigkeit im oberen Drittel des Prüfbehälters eingeleitet wird, dass die innerhalb des Prüfbehälters angeordnete Flüssigkeit bis in die Nähe ihrer Sättigungstemperatur aufgeheizt und in diesem unterkühlten Zustand gehalten wird, dass die Temperatur der Flüssigkeit um den Grad ihrer Unterkühlung korrigiert wird. Durch die Unterkühlung wird erreicht, dass der Prüfbehälter bei Normalbetrieb der zu überwachenden Anlage ständig mit Flüssigkeit gefüllt ist. Die Einmündung in den oberen Prüfbehälterbereich stellt sicher, dass auch bei dem Auftreten von starken Druckschwankungen (Transienten) in der zu überwachenden Anlage nur der Dampf einer im Prüfbehälter kurzzeitig auftretenden Dampfblase und keine Flüssigkeit über die Wirkdruckleitung ausgetragen wird. Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung beträgt die Unterkühlung weniger als 5k. Während dem Normalbetrieb der zu überwachenden Anlage wird die Temperatur der Flüssigkeit um den Grad ihrer Unterkühlung korrigiert, um zur Sättigungstemperatur zu gelangen. Dagegen ist bei Transienten mit Druckabfall die gemessene Temperatur gleich der Sättigungstemperatur. Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass der Prüfbehälter in seinem oberen Bereich im Querschnitt erweitert ist, dass die Mündung der Wirkdruckleitung nach oben gerichtet ist und dass zur Uberwachung und Korrektur des unterkühlten Zustandes der Dampfwasser-Detektor eingesetzt ist. Mit der Querschnittsvergrösserung des Prüfbehälters wird bei Transienten mit Druckabfall eine Trennung der ausströmenden Dampfphase von der Flüssigkeitsphase herbeigeführt, die einen Austrag von Wasser verhindert. Durch die in den oberen Bereich des Prüfbehälters mündende Wirkdruckleitung wird diese Wirkung noch unterstützt. Die nach oben gerichtete Mündung der Wirkdruckleitung verhindert im Normalbetrieb einen konvektiven Wärmeaustrag nach draussen und vermindert das unerwünschte Einströmen kalter Flüssigkeit aus der Wirkdruckleitung in den Prüfbehälter am Ende einer Transienten mit Druckabfall. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Einrichtung ist die Heizleistung des Heizelements so geregelt, dass bei Normalbetrieb der zu überwachenden Anlage der Prüfbehälter vollständig mit leicht unterkühlter Flüssigkeit gefüllt ist, wobei zwischen der zugeführten Heizleistung und der über die Oberfläche des Prüfbehälters abgeführten Wärmemenge ein Gleichgewichtszustand besteht. Uberraschend wurde gefunden, dass das vorgeschlagene Verfahren auch zur Ermittlung der Sättigungstemperatur eines dampfförmigen Mediums verwendet werden kann. Hier macht man sich die Kondensationsfähigkeit von Dampf zu nutzen. Nach dem der Prüfbehälter einmal mit Kondensat des Dampfes aus einer zu überwachenden Anlage gefüllt ist, wird diese Flüssigkeit dann ebenfalls bis in die Nähe ihrer Sättigungstemperatur aufgeheizt und in diesem unterkühlten Zustand gehalten. Anhand der Figuren 1 und 2 und je eines Ausführungsbei- spiels für ein flüssiges und ein dampfförmiges Medium wird die Erfindung beschrieben. Die Figur 1 zeigt einen als zylindrischen Druckbehälter ausgebildeten Prüfbehälter 1. Uber eine Wirkdruckleitung 2 ist der Prüfbehälter mit einer nicht dargestellten Anlage verbunden, in der eine heisse, unter Druck stehende und zu überwachende Flüssigkeit zirkuliert. Die Mündung 3 dieser Wirkdruckleitung 2 ist nach oben gerichtet und endet in der Nähe des oberen Abschlusses 4 des Prüfbehälters 1. In seinem oberen Bereich la weist der Prüfbehälter einen grösseren Querschnitt auf, als in seinem unteren Bereich ib. Die Querschnittsvergrösserung ist dabei so gewählt, dass bei grossen Druckschwankungen keine nennenswerte Wassermenge durch das ausdampfende Wasser über die Wirkdruckleitung ausgetragen wird. Während dem Normalbetrieb der zu überwachenden Anlage ist der Prüfbehälter 1 vollständig mit leicht unterkühltem Wasser gefüllt. Die Unterkühlung beträgt weniger als 5K. Zur Uberwachung und Korrektur des unterkühlten Zustandes wird ein von der Seite her in den unteren Bereich lb des Prüfbehälters eingeführter Dampfwasser-Detektor 20 verwendet. Ein Temperaturfühler 5 ist unterhalb des Dampfwasser-Detektors 20 vom Watsser-umgeben. Die von ihm gemessene Temperatur stellt nach der Korrektur um den vom Dampfwasser-Detektor bestimmten Unterkühlungsgrad die Sättigungstemperatur der zu überwachenden Flüssigkeit dar. Beträgt z.B. die gemessene Temperatur 3000C und der Unterkühlungsgrad 3K, so beträgt die Sättigungstemperatur 3030C. Das in der Nähe des Bodens 6 des Prüfbehälters 1 angeordnete Heizelement 7 dient zur Sicherstellung der gewünschten Unterkühlung von maximal 5K in jeder Betriebslage der zu überwachenden Anlage. Mit 21 ist eine Kontroll-Logik für den Dampfwasser-Detektor 20 und mit 22 ein Uberwachungsgerät für das Heizelement 7 bezeichnet. Das Zusammenspiel von Dampfwasser-Detektor und Heizelement zur Steuerung der Unterkühlung ist dem Schaubild nach Fig. 2 zu entnehmen. Auf der Ordinate ist die Stellgrösse der Heizleistung von 0 bis 100% in Pfeilrichtung 8 aufgetragen. In Pfeilrichtung 9 sind auf der Abszisse die Signale des Dampfwasser-Detektors in Millivolt angegeben. Zwischen der Ordinate und der dazu parallelen Linie 10 ist der Bereich 11 des gesättigten Wassers angedeutet. Der Bereich 12 zwischen den parallelen Linien 10 und 13 symbolisiert bis zu 5K unterkühltes Wasser. In diesem Bereich 12 arbeitet das erfindungsgemässe Verfahren. Der Bereich 14 zwischen den parallelen Linien 13 und 15 steht für Wasser, das um mehr als 5K unterkühlt ist. Die Linie C symbolisiert den Sollwert der Unterkühlung mit ca. 3K unterhalb der Sättigungstemperatur der Flüssigkeit. Das im Bereich 12 arbeitende System ist so ausgelegt, dass bei Normalbetrieb der zu überwachenden Anlage der Prüfbehälter 1 vollständig mit ca. 3K unterkühltem Wasser gefüllt ist. Dabei sind die Heizleistung des Heizelements und die Wärmeabgabe der Oberfläche des Prüfbehälters derart aufeinander abgestimmt, dass Gleichgewicht zwischen Wärmeabfuhr und Wärmezufuhr besteht. Wie der Kurvenast 17 zeigt, wird bei einer Abweichung der Unterkühlung von dem Sollwert (3K) eine Stellgrössen änderung der Heizleistung'herbeigeführt. Das Verfahren zur Bestimmung der Sättigungstemperatur läuft wie folgt ab: Uber die Wirkdruckleitung 2 wird der Prüfbehälter 1 mit Flüssigkeit gefüllt. Abhängig von dem in der zu überwachenden Anlage herrschenden Druck wird der Wasserinhalt des Behälters auf eine Unterkühlung von ca. 3K eingestellt. Treten nunmehr schnelle Druckänderungen (Transienten) in der zu überwachenden Anlage auf, so tritt aufgrund des vollständig gefüllten Prüfbehälters 1 keine so weite Absenkung des Wasserstandes ein, wie beim Stand der Technik.Zusätzlich wirkt die im oberen Bereich la des Prüfbehälters vorgesehene Querschnittsvergrösserung zusammen mit der nach oben gerichteten Mündung der Wirkdruckleitung einem Austragen von Wasser entgegen. Wird das vorgeschlagene Verfahren zur Bestimmung der Sättigungstemperatur eines dampfförmigen Mediums verwendet, so wird der Prüfbehälter zu Anfang mit Wasser gefüllt. Die im Prüfbehälter befindliche Flüssigkeit wird dann auf eine Unterkühlung von weniger als 5K gebracht. Die in der Flüssigkeit vom Temperaturfühler 5 gemessene Temperatur zeigt dann, korrigiert um den Unterkühlungsgrad der Flüssigkeit, die Sättigungstemperatur des Dampfes der zu überwachenden Anlage an. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel für Flüssigkeit verhindert die Bauweise des Prüfbehälters und die Einmündung der Wirkdruckleitung 2 ein Austrag von Flüssigkeitsanteilen. Die Funktionsfähigkeit des Systems bleibt somit erhalten.

Claims: Ansprüche 1. Verfahren zur Bestimmung der Sättigungstemperatur einer heissen, unter Druck stehenden Flüssigkeit unter Verwendung eines über eine Wirkdruckleitung (2) mit der Flüssigkeit in Verbindung stehenden Prüfbehälters (1), dem ein Heizelement (7), ein Temperaturfühler (5) und ein Dampfwasser-Detektor (20) zugeordnet ist, wobei die Leistung des Heizelements von dem Dampfwasser-Detektor gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit im oberen Bereich des Prüfbehälters (1) eingeleitet wird, dass die innerhalb des Prüfbehälters angeordnete Flüssigkeit bis unter die Sättigungstemperatur aufgeheizt und in diesem unterkühlten Zustand gehalten wird und dass die Temperatur der Flüssigkeit um den Grad der Unterkühlung korrigiert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkühlung weniger als 5k beträgt. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, oder 2, dadurch' gekennzeichnet, dass der Prüfbehälter (1) in seinem oberen Bereich (la) im Querschnitt erweitert ist, dass die Mündung (3) der Wirkdruckleitung (2) nach oben gerichtet ist und dass zur Uberwachung und Korrektur des unterkühlten Zustandes der Dampfwasser-Detektor (20) eingesetzt ist. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleistung des Heizelements (7) so geregelt ist, dass bei Normalbetrieb der zu überwachenden Anlage der Prüfbehälter (1) vollständig mit leicht unterkühlter Flüssigkeit gefüllt ist, wobei zwischen der zugeführten Heizleistung und der über die Oberfläche des -Prüfbehälters (1) abgeführten Wärme ein Gleichgewichtszustand besteht. 5. Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 zur Ermittlung der Sättigungstemperatur eines dampfförmigen Mediums.

Inventors: KNOGLINGER, ERNST, RUSH, GREGORY C., SCHEMMEL, RICHARD, KNOGLINGER, ERNST, DR. DIPL.-PHYS., SCHEMMEL, RICHARD, DIPL.-ING.
Applicants: BBC REAKTOR GMBH
Application year: 1985
Main classification: G01N25
IPC codes: G01N25, G21C17