DE2452655A1

DE2452655A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen des standes und des spezifischen gewichts einer in behaeltern grossen fassungsvermoegens enthaltenen fluessigkeit

Info

Publication number: DE2452655A1
Application number: DE19742452655
Authority: DE
Inventors: Danny James Khoi
Original assignee: CERMAT
Current assignee: CERMAT
Priority date: 1973-11-08
Filing date: 1974-11-06
Publication date: 1975-06-12
Also published as: GB1495724A; JPS5757652B2; ES431781A1; FR2250985B1; JPS50113260A; US4006635A; FR2250985A1

Description

G RAM KOW, MANITZ & FiNSTERWALD

München, don 0 3566 - Erb

CEHMAT.

187-189 Boulevard Saint-Denis
92 COURBEVOIE, Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Standes und des spezifischen Gewichts einer in Behältern großen Fassungsvermögens enthaltenen Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Flüssigkeitsstandes und des mittleren spezifischen Gewichts einer Flüssigkeit, die sich in Behältern großen Fassungsvermögens befindet, insbesondere in Behältern von Transportschiffen für verflüssigtes Erdgas.

Die Messung einer Fracht, insbesondere einer Methanfracht, stellt seit dem Auftreten dieser Art von Messung ein besonders schwieriges Problem dar, das bisher nicht befriedigend gelöst werden konnte· Insbesondere bei der Bestimmung des spezifischen Gewichts von Flüssigkeiten, die in Behältern großen Fassungs-

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Vermögens gelagert sind, treten zahlreiche Faktoren auf, die die Ergebnisse verfälschen. Bei derartigen Behältern ist es nämlich bekannt, den Stand der Flüssigkeit durch eine Druckmessung am Kopf von hydrostatischen Sonden zu bestimmen, die in verschiedenen Höhen in die Flüssigkeit ausmünden. Biese Sonden werden mit einem neutralen Einblasegas gespeist, das zuvor Durchsatzregler durchquert hat. Eine auf diesem Meßprinzip beruhende Anlage wird beispielsweise in der FR-PS Nr. 69 09078 vom 2?.März 1969 ("Fernmeßanlage für Behälter insbesondere auf Transportschiffen¹¹) beschrieben. .

Bisher wurde im allgemeinen angenommen, daß die Differenzmessung der hydrostatischen Drücke am Ende von zwei Sonden, deren Tiefendifferenz bekannt ist, ein genaues Abbild der Dichte liefert. In Wirklichkeit ergibt sich aber der hydrostatische Druck, der am Kopf der Sonde gemessen wird, aus der Differenz des Gewichts der betreffenden Flüssigkeitssäule und des Gewichts der Säule des in der Sonde enthaltenen neutralen Gases. Nun ist das Gewicht der Säule des neutralen Einblasegases einerseits in Bezug auf das Gewicht der Flüssigkeitssäule nicht vernachlässigbar und ändert sich andererseits in starkem Maße in Abhängigkeit von der Temperatur und von dem Stand der betreffenden Flüssigkeit. Angesichts dieser Näherungsmessungen hat es sich bisher als unmöglich herausgestellt, Angaben über den Stand und das spezifische Gewicht einer in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeit mit guter Genauigkeit zu erhalten.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen mit denen diese Nachteile ausgeschaltet werden und die durch eine Berichtigung während

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des Messung Ergebnisse mit einer Genauigkeit von mehr als 1 cm auf Füllhöhen von 35 m sowie eine Anzeige des mittleren spezifischen Gewichts mit einer Genauigkeit von vier Dezimalstellen gestatten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Flüssigkeitsstandes und des mittleren spezifischen Gewichts einer in Behältern großen Fassungsvermögens enthaltenen Flüssigkeit, bei welchem eine Bestimmung des hydrostatischen Druckes der Flüssigkeit vorgenommen wird, der ein Abbild des Produktes aus der Flüssigkeitshöhe in dem Behälter und dem spezifischen Gewicht dieser Flüssigkeit ist. Wenn die Flüssigkeit in dem Behälter einen bekannten, vorbestimmten Stand erreicht, wird der Wert des spezifischen Gewichtes der Flüssigkeit berichtigt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese Anlage besitzt zwei hydrostatische Sonden, in die ein neutrales Gas eingeblasen wird und. deren erste in Nähe des Bodens des Behälters und deren zweite etwas unterhalb des maximalen Füllstandes ausmündet, einen Transduktor, der eine Druckdifferenz in elektrische Spannung umformt und dessen beide Eingänge jeweils mit einer hydrostatischen Sonde gekoppelt sind, ein System zur numerischen Anzeige des Standes und des spezifischen Gewichts der in den Behälter enthaltenen Flüssigkeit, mindestens einen Fühler, der ein Signal liefert, wenn die Flüssigkeit den vorbestimmten Stand in dem Behälter erreicht, und eine Vorrichtung zur Berichtigung a des Wertes des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit, wenn diese in demBehälter den vorbestimmten Stand erreicht.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Anlage zwischen der ersten Sonde, die in Nähe des Bodens des Behälters ausmündet, und der zweiten Sonde, die etwas unterhalb des maximalen Füllstandes ausmündet, mehrere hydrostatische Zwischensonden, die in verschiedenen, vorbestimmten Höhen ausmünden. Bei dieser Anlage sind die beiden Eingänge des Transduktors zu jedem Zeitpunkt mit der ersten hydrostatischen Sonde bzw. mit der niedrigsten Sonde in der Gasatmosphäre des Behälters verbunden. Diese Sonde ist mit einem Pressostat gekoppelt, der ein Signal liefert, wenn der Stand der Flüssigkeit sie erreicht. Die Anlage besitzt ferner eine Vorrichtung zur Blockierung der numerischen Anzeige des Standes und des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit sowie eine Vorrichtung zur Berichtigung des Werts des angezeigten spezifischen Gewichts.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, die schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage zeigt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Bestimmung des hydrostatischen Drucks einer Flüssigkeit vorgenommen, der ein Abbild des Produkts aus der Höhe der Flüssigkeit in dem Behälter und aus dem spezifischen Gewicht dieser Flüssigkeit ist. Mit diesem Verfahren wird durch eine Berichtigung des Wertes des angezeigten spezifischen Gewichts eine höhere Genauigkeit erreicht, indem zumindest teilweise die Näherungsmessungen bezüglich des Gewichts der Einblasegassäule in den hydrostatischen Sonden ausgeschaltet werden· Das Prinzip der Erfindung beruht auf der folgenden Erscheinung: Wenn der Flüssigkeitsstand sich in Höhe der niedrigsten in die Gasatmosphäre ausmündenden Sonde befindet, kann man während einer 509824/0584

begrenzten Zeit ein genaues Abbild des spezifischen Gewichts erhalten, das man zu diesem Zeitpunkt abnehmen kann und für die weiteren Arbeitsgänge speichern kann. Dieses setzt natürlich voraus, daß die Höhe der einzelnen hydrostatischen Sonden mit Präzision bekannt ist. In einer ersten Phase werden die Flüssigkeitshöhe und das spezifische Gewicht annähernd auf der Tafel der Meßanlage angezeigt. Wenn die Flüssigkeit in dem Behälter einen bekannten, vorbestimmten Stand erreicht, der vorzugsweise der Höhe des unteren Endes einer hydrostatischen Sonde entspricht, wird der Wert des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit berichtigt, bis man auf der Tafel den genauen Wert erhält, der der Höhe des vorbestimmten Standes entspricht.

Es ist natürlich möglich, diese Berichtigung des spezifischen Gewichts auf der Hohe und/oder auf verschiedenen Zwischenhöhen des Behälters zu wMerholen, um eine gegebenenfalls fehlende Homogenität der gespeicherten Flüssigkeit zu korrigieren.

Die Zeichnung zeigt einen Behälter 10, der eine Flüssigkeit 12 enthält und mit mehreren hydrostatischen Sonden mit Einblasung von neutralem Gas ausgerüstet ist. Die erste hydrostatische Sonde 14 mündet in Nähe des Bodens des Behälters 10 aus und die zweite Sonde 16 mündet etwas unterhalb des maximalen Füllstandes des Behälters aus. Bei dieser besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage ist der Behälter 10 ferner mit zwei Zwischensonden 18 ausgerüstet, die in verschiedenen vorbestimmten Höhen ausmünden. Die beiden Eingänge des Transduktors sind ständig über Leitungen mit der ersten Sonde 14 bzw. mit der Sonde (16, 18), die in der niedrigsten Höhe in die Gasatmosphäre des Behälters ausmündet, verbunden.

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— D —

Die Sonde 14 ist ständig mit dem Hochdruckeingang des Transduktors 20 verbunden, während die zweite Sonde oder eine der Zwischensonden 18 mit dem Niederdruckeingang des Transduktors über den Umschalter 22 verbunden ist. Wenn sich der Flüssigkeitsstand in Höhe einer der Sonden 16, 18 befindet, unterbricht der Umschalter 22 die Verbindung dieser Sonde mit dem Niederdruckeingang des Transduktors 20 und stellt an ihrer Stelle die Verbindung der hydrostatischen Sonde her, die in der nächsthöheren Höhe in die Gasatmosphäre des Behälters ausmündet. Der Ausgang der elektrischen Spannung des Transduktors 20 ist an ein gesteuertes, regelbares Dämpfungsglied 24 angeschlossen. Dieses Dämpfungsglied 24 kann beispielsweise aus einem Dekadenkasten bestehen, der in der Schaltung als Eheostat geschaltet ist· Die Ausgangsleitungen 26 gestatten den Anschluß des Dämpfungsglieds 24 an einen Behandlungskreis 28, der den hydrostatischen Druck der Flüssigkeit durch ihr spezifisches Gewicht dividiert, so daß der Wert des Standes der Flüssigkeit 12 in den Behälter 10 geliefert wird. Die Ausgangsleitungen des Behandlungskreises 28 sind an ein numerisches Amzeigesystem 32 angeschlossen, das beispielsweise aus einem numerischen Voltmeter besteht. Das System 32 gestattet auf diese Weise die Anzeige des Flüssigkeitsstandes und gleichzeitig des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit. Ferner besitzt die Anlage mindestens einen Fühler _$ der ©in Signal liefert, wenn die Flüssigkeit einen bekannten, vorbestimmten Stand in den Behälter 10 erreicht» Bei einer bevorzugsten Ausführungsform der Erfindung besteht dieser Fühler aus einer der hydrostatischen Sonden 16, 18, die in einer bekannten, vorbestimmten Höhe ausmündet und mit einem Pressostat 34 gekoppelt ist« Wenn der Stand der Flüssig-

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keit 12 das untere Ende einer der hydrostatischen Sonden 16, 18 erreicht, liefert der Pressostat 34 ein Signal, das die numerische Anzeige des Flüssigkeitsstandes und des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit blockiert. Dieses Signal wird durch die Leitung 36 übertragen, die den Pressostat 34 mit dem numerischen Anzeigesystem 32 verbindet. Eine zweite Ausgangsleitung 38 des Pressostats 34 verbindet diesen mit einem Sollwertspeicher 40, der mit einem Vergleicher 42 verbunden ist. Dieser Vergleicher 42 ist auch mit dem Behandlungskreis 28 und mit dem Dämpfungsglied 24 verbunden. Wenn der Stand der Flüssigkeit 12 das untere Ende einer hydrostatischen Sonde 16, 18 erreicht, liefert der Pressostat 34 auch ein Signal zu dem Sollwertspeicher 40, der den Vergleicher 42 einen Sollwert liefert, der gleich der Höhe der hydrostatischen Sonde 16, 18 ist, die in der niedrigsten Höhe in die Gasatmosphäre des Behälters ausmündet. Der Behandlungskreis 28 liefert dem Vergleicher 42 ein Signal, das für die gemessene Höhe bezeichnend ist. der Vergleicher 42 liefert seinerseits dem Dämpfungsglied 24 über die Leitung 44 ein Signal, das für die Differenz zwischen dem angezeigten Wert und dem Sollwert des Flüssigkeitsstandes bezeichnend ist. Dieses Signal wirkt auf den Steuerkreis des veränderlichen Dämpfungsgliedes 24 und verändert seine Dämpfung so, daß der Wert der gemessenen Höhe und der Sollwert dieser Höhe gleich werden. Diese Änderung entspricht der in dem Behandlungskreis 28 vorgenommenen Änderung des Wertes des spezifischen Gewichts, durch das der hydrostatische Druck dividiert wird, um die gemessene Höhe in dem Behälter zu erhalten.

Diese Operation kann wiederholt werden, in—dem mehrere Zwischensonden benutzt werden, so daß eine gegebenenfalls vorhandene Unhomogenität der Flüssigkeit korrigiert wird. Zwischen den aufeinanderfolgenden Operationen 509824/0584

wird jedesmal der Wert des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit gespeichert.

Im Rahmen der Erfindung sind auch verschiedene Abwandlungen der oben beschriebenen Anlage möglich. Bei einer vereinfachten Ausführungsform besitzt die Anlage beispielsweise weder einen Yergleieher noch einen Sollwert speicher«, Hierbei werden diese beiden Organe durch eine einfache Warneinrichtung ersetzt, die automatisch in Tätigkeit tritt, wenn der Stand der Flüssigkeit in dem Behälter eine bekannte, vorbestimmte Höhe erreicht. Wenn die Flüssigkeit diese vorbestimmte Höhe erreicht, wird die Anzeige der Flüssigkeitshöhe blockiert und genau zu diesem Zeitpunkt löst ein Pressostat 34 beispielsweise ein Blinksignal auf der Anzeigetafel aus. Die Bedienungsperson muß nun durch Betätigung des Steuerkreises des veränderlichen Dämpfungsgliedes die Anzeige des Flüssigkeitsstandes auf den dem vorbestimmten Flüssigkeitsstand entsprechenden Wert zurückbringen, der vorzugsweise gleich der Höhendifferenz ist, die zwischen den beiden wirksamen Sonden bestellt₉ wenn der fühler gerade von-der oberen S©nde gebildet wird. Um diese Operation au ermöglichen^ muß die Anlage notwendigerweise eine Vorrichtung smr Blockierung der Anzeige des Flüssigkeitsstandes, wenn die Flüssigkeit den vorbestimmten Stand erreicht, sowie während der gesamten Operation der Berichtigung des spezifischen Gewichts und eine Einrichtung zur neuen Steuerung des doppelten Dämpfungsglieds 24 besitzen.

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Claims

Patent an Sprüche

1.!Verfahren zur kontinuierlichen Messung des Standes und des mittleren spezifischen Gewichts einer in einen Behälter großen Fassungsvermögens, insbesondere in Behältern von Schiffen zum Transport von verflüssigtem Erdgas, befindlichen Flüssigkeit, gemäß welchem der hydrostatische Druck der Flüssigkeit abgetastet wird und einerseits das spezifische Gewicht der Flüssigkeit und andererseits der Flüssigkeitsstand angezeigt wird, wobei sich der angezeigte Flüssigkeitsstandswert als direkte Fuktion des abgetasteten Drucks und als reziproke Fuktion des angezeigten Werts des spezifischen GewiGhts ändert, dadurch gekennzeichnet ,'daß zu Beginn der Füllung des Behälters ein Schätzwert des spezifischen Gewichts angezeigt wird, daß der angezeigte Wert des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit, wenn diese in dem Behälter einen bekannten, vorbestimmten Stand erreicht, so eingestellt wird, daß der angezeigte Flüssigkeitsstandswert, der der Höhe der Flüssigkeit entspricht, gleich dem bekannten, vorbestimmten Flüssigkeitsstand ist, und daß der Wert des auf diese Weise bekannten spezifischen Gewichts für die nachfolgenden Bestimmungen der Höhen der Flüssigkeit in den Behälter beibehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß, wenn die Flüssigkeit in dem Behälter den bekannten, vorbestimmten Stand erreicht, die numerische Anzeige des Flüssigkeitsstandes blockiert wird, so daß diese mit dem bekannten, vorbestimmten Stand abgeglichen werden kann, indem beispiels-

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■weise ein Bekadsnkastea. betätigt wird, .der die numerische Anzeige des spezifischen. Gewishts der Flüssigkeit bewirkt.

3· Anlage zur Durchführung des Verf ahrens nach einem der Ansprüche Λ und. 2, gekennzeichnet durch zwei hydrostatische Sonden mit Einblasung von neutralem Gas, deren erste in Iahe des Bodens des Behälters und deren sweite etwas unterhalb des maximalen Füllstandes ausmündet, einen Transduktor, der eine Druckdifferenz in elektrische Spannung umwandelt und ö^z&en beide Eingänge jeweils mit einer hydrostatischen Sonde gekoppelt sind, ein System zur numerischen Anzeige des Standes und des spezifischen Gewichts der in dem Behälter enthaltenen Flüssigkeit, wobei die Anschlüsse dieses Systems an die Ausgänge des franseluktors angeschlossen sind, mindestens einen Fühler, der ein Signal liefern kann, wenn die Flüssigkeit in dem Behälter den vorbestimmten Stand erreicht, und eine Vorrichtung zur Berichtigung des Wertes des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit, wenn diese in dem Behälter des vorbestimmten Stand erreicht.

4. Anlage nach Ansprach 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorrichtung zur Berichtigung des Werts des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit aus einem veränderlichen, regelbaren nsd gesteuerten Dämpfungsglied besteht, das vor desi System zur numerischen Anzeige angeordnet ist.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 3 und 4-, gekennzeichnet durch einen Kreis zur Steuerung des veränderlichen Dämpfungsglieds.

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6. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a durch gekennzeichnet, daß der Fühler aus einer dritten, zwischenliegenden hydrostatischen Sonde besteht, die in einer vorbestimmten Höhe angeordnet ist und mit einem Pressostat gekoppelt ist, und daß die dritte, zwischenliegende Sonde, solange sie in die Gasatmosphäre des Behälters ausmündet, mit dem {Transduktor anstelle der Sonde verbunden bleibt, die etwas unterhalb des maximalen Füllstandes ausmündet.

7. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Blockierung der Anzeige des Standes und des spezifischen Gewichts, wenn die Flüssigkeit den vorbestimmten Stand erreicht, sowie während der gesamten Operation der Berichtigung des spezifischen Gewichts.

8. Anlage nach Anspruch 3 »dadurch gekennzeichnet , daß sie zwischen der ersten und der zweiten hydrostatischen Sonde mehrere hydrostatische Zwischensonden besitzt, die in verschiedenen vorbestimmten Höhen ausmünden, daß die beiden Eingänge des Transduktors zu jedem Zeitpunkt mit der ersten hydrostatischen Sonde bzw. mit der tiefsten Sonde in der Gasatmosphäre des Behälters verbunden sind, daß die tiefste Sonde in der Gasatmosphäre mit einem Pressostat gekoppelt ist, wenn der Stand der Flüssigkeit sie erreicht, und daß eine Vorrichtung zur Blockierung der numerischen Anzeige des Standes und des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit sowie eine Vorrichtung zur Berichtigung des Werts des spezifischen Gewichts vorgesehen sind.

9. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Steuerkreis des

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Dämpfungsgliedes einen Vergleicher besitzt, der ein Signal liefert, das für die Differenz zwischen der angezeigten Flüssigkeitshöhe und dem Sollwert dieser Flüssigkeitshöhe bezeichnend ist, was die Änderung des Dämpfungsgliedes zum Abgleichen des angezeigten Werts und des Sollwerts gestattet.

10. Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch ein Warnsignal, das automatisch in Tätigkeit tritt, wenn der Stand der Flüssigkeit in dem Behälter den vorbestimmten Stand erreicht.

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