CH678456A5

CH678456A5 -

Info

Publication number: CH678456A5
Application number: CH360188A
Authority: CH
Inventors: Rudolf Engel
Original assignee: Hochtemperatur Reaktorbau Gmbh
Priority date: 1987-10-02
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1991-09-13
Also published as: NL8802269A; DE3733355C1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in einem Gas hoher Temperatur und hohen Druckes, das mit elektrisch leitenden Stäuben verunreinigt ist.

In der Industrie und Forschung werden Messgeräte benötigt, die bei Überschreiten eines vorgegebenen Feuchtegrenzwertes geeignete Gegenmassnahmen einleiten, also als Grenzwertschalter arbeiten, oder die als kontinuierlich arbeitende Messeinrichtungen eingesetzt werden können.

Für den Niederfeuchtebereich (< 20°C Taupunkt) stehen bei niedrigen Gastemperaturen unter 200°C und gleichzeitigem Gasdruck < 20 bar einige Hygrometer verschiedener Bauart zur Verfügung.

Werden jedoch Feuchte-Messgeräte für den Hochfeuchtebereich (Taupunkt > 20°C) unter schweren Einsatzbedingungen wie z.B. Gastemperaturen bis 500°C bei gleichzeitigen Gasdrücken bis 200 bar und Anwesenheit von grossen Mengen elektrisch leitender Verunreinigungen (z.B. Graphitstaub) benötigt, sind solche Geräte nicht erhältlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Feuchte in einem Gas unter extremen Bedingungen anzugeben, bei denen zudem die Messergebnisse durch elektrisch leitende Stäube oder Fremdgase nicht beeinflusst werden.

Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die besonderen Eigenschaften der für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens benötigten Keramik können durch unterschiedliche Parametereinstellungen bei der Aufbringung der Schicht sowie durch verschiedene Schichtdicken erzielt werden. Die Keramik selbst ist thermisch und chemisch sehr stabil.

Nachstehend werden die Betriebsbedingungen angegeben, unter denen das Verfahren erfolgreich angewandt werden kann:

Eine bevorzugte Messvorrichtung weist die in dem Patentanspruch 2 angegebenen Merkmale auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der schematischen Zeichnung zu entnehmen.

Die Figur zeigt die bevorzugte Vorrichtung im Vertikalschnitt.

Es ist eine Messkammer 1 zu erkennen, die oben durch einen Flansch 2 abgedichtet ist. Der Flansch 2 ist mittels einer Schraubverbindung 4 an einem zweiten Flansch 3 befestigt, der an der Messkammer 1 angesetzt ist. Zwischen den Flanschen 2 und 3 ist eine metallische Dichtung angeordnet (nicht dargestellt). Eine Zuleitung 5 und eine Ableitung 6 für das Messgas sind seitlich an der Messkammer 1 angebracht.

Ein Edelstahlrohr 7, das unten und oben abgeschlossen ist, taucht mit dem grössten Teil seiner Länge in die Messkammer 1 ein, wobei es durch den Flansch 2 geführt ist. Dieser sitzt fest auf dem Edelstahlrohr 7 auf.

Um das Edelstahlrohr 7 auf die gewünschte Kondensationstemperatur einstellen zu können, ist es mit einer Kühleinrichtung versehen; diese besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer koaxial in dem Edelstahlrohr 7 angeordneten Leitung 8 zur Einleitung eines flüssigen Kühlmittels, das in der Nähe des Rohrbodens aus der Leitung 8 austritt, das Edelstahlrohr 7 durchströmt und dieses durch eine ausserhalb der Messkammer 1 vorgesehene Abzugsleitung 9 wieder verlässt. Die Kondensationstemperatur kann mit Hilfe mehrerer im Innenraum des Edelstahlrohres 7 angeordneter Thermoelemente 10 kontrolliert werden.

Auf seinem in die Messkammer 1 hineinragenden Teilstück weist das Edelstahlrohr 7 eine Keramikschicht 11 auf, wobei für die Beschichtung eine poröse, temperaturbeständige Keramik mit hoher Temperatunwechselfestigkeit gewählt wurde. Vorzugsweise besteht die Schicht 11 aus einer Oxidkeramik.

Am Ende des Edelstahlrohres 7 ist eine wasserdampfdurchlässige Netzeleketrode 12 auf der Keramikschicht 11 befestigt; in diesem Bereich weist die Keramikschicht 11 eine geringere Dicke auf als auf dem übrigen Rohr, da sie hier als Adsorber für Wasserdampf bzw. bereits kondensiertes Wasser dient. An

Gastemperatur:

Gasdruck:

Staub:

Gasdurchsatz:

15°C bis 500°C bis 203,944 kp/cm2 bis 1000 g/m3 i.N. Gas bis 50 m3 i.NTh ehem. Beständigkeit: gegen viele Gase weitgehend korrosionsfest Taupunkt-Schaltbereich: 5°C bis 350°C

Ansprechzeit: < 60 sec, abhängig vom Taupunkt des Gases

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die Netzelektrode 12 ist eine Stromleitung 13 angeschlossen, die durch eine in dem Flansch 1 vorgesehene Durchführung 14 nach draussen geführt wird. Die Stromleitung 13 ist mit einer temperaturbeständigen elektrischen Isolierung versehen. Ausserhalb der Messkammer 1 ist auf dem Edelstahlrohr 7 eine weitere Elektrode 15 befestigt. Beide Elektroden 12,15 sind mit einer (nicht gezeigten) elektronischen Schalt-5 einheit verbunden.

Durch Kondensation von Wasserdampf wird die elektrische Leitfähigkeit und damit der elektrische Widerstand der Keramikschicht 11 aufgrund ihres porösen Charakters verändert. Die bei Einleiten eines Wasserdampf enthaltenden Messgases in die Messkammer 1 auftretende Widerstandsänderung wird an den beiden Elektroden 12,15 abgegriffen und der elektronischen Schalteinheit zugeführt. Diese formt 10 den gemessenen Wert in ein elektrisches Signal um, das nun seinerseits entweder an einen Grenzwertschalter gegeben werden kann (beispielsweise zur Betätigung von Absperrarmaturen oder Signalanlagen) oder einer elektronischen Regeleinrichtung zugeleitet wird (wenn ein kontinuierlich arbeitendes Messgerät benötigt wird).

Zur Vermeidung von Kurzschlüssen durch in dem Messgas vorhandene elektrisch leitende Staubbe-15 standteile sind auch die Innenseite des Flansches 2 und die der Messkammer 1 einschliesslich der metallischen Dichtung mit einer Keramikbeschichtung 16 versehen. Da die Keramikbeschichtung 16 nur als reine elektrische Isolierung dient, kann sie an den genannten Oberflächen dichter und dicker sein als die Keramikschicht 11 im Bereich der Netzelektrode 12. Die Keramikschicht 11 wirkt an der genannten Stelle gleichzeitig wie ein im Nebenstrom liegendes Filter für feine, elektrisch leitende Stäube (< 0,01 (im), so 20 dass Kurzschlüsse zwischen der Elektrode 15 und der Netzelektrode 12 vermieden werden. Diese Anordnung als Nebenstromfilter garantiert eine kurze Ansprechzeit bei der Anwesenheit von Staub, während z.B. Hauptstromfilter bei hohen Gasdurchsätzen und hohen Staubanteilen die Ansprechzeit infolge der Adsorption von Wasserdampf an filtriertem Staub verzögern bzw. sogar durch den Staub verstopfen können.

25 Wenn das Messgas eine zu geringe Temperatur aufweist, besteht die Gefahr, dass der Wasserdampf sich an der Innenwand der Messkammer 1 und an dem Flansch 2 niederschlägt. Um dies zu vermeiden, kann an der Aussenseite der Messkammer 1 sowie um die Zuleitung 5 für das Messgas eine Heizung angebracht sein (nicht dargestellt).

Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung ist darin zu erblicken, dass sie hinsichtlich ihrer geometri-30 sehen Abmessungen variabel ist und daher an die jeweilige Aufgabenstellung angepasst werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Feuchte in einem Gas hoher Temperatur und hohen Druckes, das mit 35 elektrisch leitenden Stäuben verunreinigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgas an einem mit einer porösen, temperaturbeständigen Keramik beschichteten Edelstahlrohr (7) vorgegebener Temperatur entlanggeführt wird, dass die durch Kondensation des Wasserdampfes an dem Edelstahlrohr (7) auftretende Änderung des elektrischen Widerstandes der Keramikschicht (11) durch zwei Elektroden (12, 15) abgegriffen und dass die Widerstandsänderung über eine elektronische Schalteinheit zu einem elek-40 frischen Signal umgeformt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

a) das an seinem unteren Ende verschlossene Edelstahlrohr (7) ragt in eine Messkammer (1) hinein, die durch einen auf das Edelstahlrohr (7) aufgesetzten Flansch (2) abgedichtet ist;

45 b) die Messkammer (1 ) ist mit einer Zuleitung (5) und einer Ableitung (6) für das Messgas versehen;

c) der Flansch (2) und die Messkammer (1) weisen auf ihrer Innenseite eine Keramil&eschichtung (16) auf;

d) das Edelstahlrohr (7) ist nur auf dem in die Messkammer (1) hineinragenden Teilstück mit der Keramikschicht (11) überzogen;

50 e) die eine (15) der beiden Elektroden (15,12) ist ausserhalb der Messkammer (1 ) auf dem Edelstahlrohr (7) angebracht, während sich die zweite, wasserdampfdurchlässige Elektrode (12) auf dem beschichteten Teilstück befindet, wobei im Bereich der zweiten Elektrode (12) die Keramikschicht (11) dünner ist als bei der übrigen Beschichtung;

f) es ist eine Kühleinrichtung (8, 9) für das Edelstahlrohr (7) vorgesehen, die in seinem Inneren ange-55 ordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Edelstahlrohr in einer von dem Messgas durchströmten Rohrleitung angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühleinrichtung für das Edelstahlrohr (7) ein flüssiges Kühlmittel vorgesehen ist, das zunächst durch eine koaxial in dem Edelstahl-

60 rohr (7) verlegte Leitung (8) zum Boden des Edelstahlrohres (7) geführt ist und durch eine Abzugsleitung (9) oben aus dem Edelstahlrohr (7) wieder austritt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung aus einer Anzahl von Peltier-Elementen besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren des Edelstahlroh-65 res (7) mehrere mit Thermoelementen (10) bestückte Temperaturmessstellen vorgesehen sind.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenseite der Messkammer sowie die Zuleitung für das Messgas mit einer Heizung versehen sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (12) über eine temperaturbeständig isolierte Stromleitung (13), die durch eine in dem Flansch (2) vorgesehene Durchführung (14) verlegt ist, mit der elektronischen Schalteinheit verbunden ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Keramikschicht (11) und dem Edelstahlrohr (7) eine elektrisch leitende Haftschicht vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das von der elektronischen Schalteinheit gelieferte elektrische Signal einem Grenzwertschalter zugeleitet wird, der bei Überschreiten eines vorgegebenen Feuchtegrenzwertes anspricht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Schalieinheit mit einer elektronischen Regeleinrichtung verbunden ist, die kontinuierlich Messwerte liefert.

12. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung des Anteils an H20(g) in Gasgemischen, aus denen das HgO bei Temperaturen s 350°C kondensiert.

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