DE3938742C2

DE3938742C2 - Vorrichtung zur redundanten Überfüllsicherung

Info

Publication number: DE3938742C2
Application number: DE3938742A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl Ing Gottfried; Karl Heinz Kleine
Original assignee: Gok & Co KG GmbH
Current assignee: GOK Regler und Armaturen GmbH and Co KG
Priority date: 1989-11-23
Filing date: 1989-11-23
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2009-11-24
Also published as: DE4115207A1; DE3938742A1

Description

Zweck einer Überfüllsicherung ist die Sicherung gegen das Überfüllen eines Behäl ters mit einer Flüssigkeit, die bei drucklosen Behältern zu Umweltschäden und bei unter Druck verflüssigten Gasen - also bei unter Druck stehenden Behältern, wie dies bei Flüssiggasbehältern der Fall ist - auch zu einer Explosion führen kann. Flüssiggasbehälteranlagen werden deshalb nach dem Fassungsvermögen der Flüssiggasdruckbehälter in Gruppen eingeteilt. Die TRB 810 (Entwurf 8/89 II) nennt dabei 5 Gruppen; das sog. "Niedersachsenpapier" des Niedersächsischen Um weltministeriums nennt 4 Größeneinteilungen. Einig sind sich aber beide Vorschrif ten darin, daß Flüssiggasbehälter bis 3 t Inhalt nicht der Störfallverordnung im Sin ne des Bundesimmissionsschutzgesetzes unterliegen. Verschärften Sicherheits bestimmungen unterliegen in beiden Fällen Druckbehälter mit einem Fassungsver mögen über 30 t, wofür redundante Überfüllsicherungen gefordert werden.

Aus der Firmenschrift "CMT-Überfüllsicherung und Niveau-Anzeige" der Firma GAWA-Bedarf GmbH, Essen, ist eine Überfüllsicherung bekannt, wobei das CMT- kapazitive Sensorsystem hervorgehoben wird. Zu diesem System gehört ein Sen sorflansch, woran jeweils nur ein kapazitiver Sensor befestigt ist, der durch seine Diskriminatorschaltung ein "fail-safe"-Prinzip gewährleisten soll, und damit auf eine redundante Ausführung verzichten kann. Desweiteren ist aus dieser Firmenschrift bekannt, daß mit dem Testvorgang alle wichtigen Teile, vom kapazitiven Span nungsumwandler bis zu den Relais in der Steuereinheit, kontrolliert werden. Schließlich wird hervorgehoben, daß eine Vielzahl von Sensoren für die Überfüllsi cherung mit nur einem Steuerkasten zu bedienen sind. Die bekannte Überfüllsiche rung erfüllt aber aus den nachstehenden Gründen nicht die Forderung an eine ak tiv-redundante Überfüllsicherung:

a) Nach dem Niedersachsenpapier - Abschn. 3.4.2.2 - müssen für Behälter über 30 t redundante Überfüllsicherungen installiert werden, die sich gegenseitig nicht beeinflussen und keine gemeinsame Wirkkette bilden, und zwar vom Si gnalteil bis zum Stellglied.
b) Nach Meyers Lexikon von 1977 käme für ein technisches System, wie unter a) bereits gefordert, auch nur eine aktive Redundanz in Frage, wobei beide unab hängig voneinander arbeitenden Systeme bei Ausfall eines Systems wohl ei nen Leistungsabfall, keinesfalls aber einen vollständigen Ausfall des Systems zur Folge hätte.
c) Der sog. Diskriminator ersetzt gleichfalls nicht die unter a) geforderte Redun danz, da die unterschiedlichen Spannungsimpulse - Schwellwerte - von einer Sonde ausgehen, bei deren Ausfall auch die übrigen Impulse ausfallen.
d) Nach Abschn. 3.4.2.2 des Niedersachsenpapiers muß die Überfüllsicherung durch Fernanzeige in die Meßwarte einen Voralarm und einen Hauptalarm melden. Der Voralarm ist jeweils soviel niedriger einzustellen, daß für das Be dienungspersonal noch soviel Zeit verbleibt, den Füllvorgang abzubrechen, oh ne daß es zum Ansprechen der Überfüllsicherung kommt. Bei Hauptalarm muß das Not-Aus-System ansprechen. Dieser Abstand kann am Diskriminator wohl eingestellt werden; diese nachträgliche Einstellung ermöglicht beider kapaziti ven Sonde aber auch eine Einstellung bis an den Hauptalarm heran. Die Praxis hat bei kapazitiven Systemen derartige Unregelmäßigkeiten gezeigt.

Eine Überfüllsicherung für Druckbehälter zur Lagerung von Flüssiggas besteht nach dem VdTÜV-Merkblatt 100 (Juli 89 - 1.2.2) aus dem Grenzwertgeber, dem Schalt verstärker und aus einer Verbindungsleitung - ggf. mit Steckverbindung - zu einem Stellglied. Die Einstellung der Überfüllsicherung muß zusätzlich durch ein Peilrohr kontrollierbar sein.

Aus der DE 37 22 667 A1 ist ein Gasentnahmeventil für Flüssigbehälter mit einer Einrichtung zur pneumatischen Erfassung des Höchstfüllstandes im Flüssiggasbe hälter bekannt. Dabei reicht ein Sondenrohr mit elektrischem Kabel zur Verbindung eines Standaufnehmers bis zum Behälterboden. Das Sondenrohr ist durch eine Absperreinrichtung des Gasentnahmeventils geführt, wobei versetzt dazu ein be kanntes längenfixiertes pneumatisches Höchststandpeilrohr in Verbindung mit einer seitlich am Ventilgehäuse angebrachten Peilventilschraube angeordnet ist.

Aus der DE 88 06 152 U1 ist ferner ein Behälterventil für Lagertanks bekannt, an dessen Gehäuse eine Füllstands-Kontrolleinrichtung mit einem Prüf- oder Anzeige leitungs-Durchlaß vorgesehen ist. Der Durchlaß der Füllstands-Kontrolleinrichtung ist unabhängig von dem Absperrorgan neben diesem im Gehäuse angeordnet. Ne ben dem Durchlaß zweigt ein Gehäusekanal bzw. ein Peilrohr ab.

Die bekannten ein Sondenrohr bzw. Peilrohr enthaltenden Vorrichtungen weisen an deren Eintrittsöffnung keine Not-Aus-Sonde auf. Aufgrund ihrer konstruktiven Aus gestaltung ist eine Abstimmung zu ggf. damit kombinierten Not-Aus-Sonden proble matisch.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine echte redundante Überfüllsicherung zu schaffen. Diese soll insbesondere im Sinne einer aktiven Redundanz funktionieren, d. h., daß sowohl der Voralarm zur manuellen Abschaltung der Füllanlage als auch die Not- Aus-Abschaltung über je zwei getrennt voneinander in Eingriff stehende/Grenz wertgebersonden garantiert ist,
daß als Schaltverstärker, der bei Erfüllung einer echten aktiven Redundanz eine 4-fache Sicherheitsfunktion zu erfüllen hat - nämlich für jede Sonde zuverlässig ge trennt -, ein vorhandener kompatibler Schaltverstärker herangezogen werden kann,
daß der Abstand der Voralarm-Sonden von den Not-Aus-Sonden je nach Behälter größe, Behälterlänge und Füllgeschwindigkeit der Fülleinrichtung zueinander be rücksichtigt werden kann,
daß sich die Voralarm-Sonden mit den Not-Aus-Sonden in ihrer Wirkfläche nicht überschneiden können und die Wirksamkeit der elektronischen Abschaltung über die Grenzwertgebersonden, insbesondere bei einer Not-Aus-Abschaltung, durch ein Peilrohr mit Peilventil überprüfbar ist, wobei dieses Peilrohr einen konstanten Min destabstand zu den Not-Aus-Sonden haben soll, so daß dadurch eine wirtschaftli che Maximalbefüllung des Behälters möglich ist, ohne daß es zu einer Not-Aus-Schaltung, bedingt durch eine falsche Peilrohreinstellung, kommen kann.

Diese Aufgabe wird erfüllt durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Weitere Ausbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der Vorteil dieser Erfindung liegt darin, daß ein bekannter kompatibler Schaltverstärker nach dem VdTÜV-Merkblatt 100 mit seinen Grundfunktionen durch den Zusatz eines Mikro prozessors unter Verwendung der Leuchtdioden- oder Display anzeigen für die Vorprüfung der Meßkreise verwendet werden kann, und lediglich für die Überwachungsfunktion während des Füllvorganges zusätzliche drei voneinander unabhängig wirkende Überwachungskreise - für jede Sonde getrennt - eingebaut werden müssen, die leichter in einem gemeinsamen Gehäuse unterzubringen sind als eine vergleichbare Lösung, die vier komplette Funktionseinrichtungen einschließlich der Leuchtdioden vorsieht. Von besonderem Vorteil ist die Unterbringung aller 4 Sonden auf einem Flansch der Nenn weite 50 mm, dessen Platzeinteilung so getroffen wurde, daß auch die Peilrohrkontrolleinrichtung mit untergebracht werden konnte, so daß dadurch schon werksseitig der mini malste Abstand des Peilrohreintrittes zur Wirkfläche der Not-Aus-Sonden eingestellt werden kann. Die Abstimmung der Voralarm-Sonden zu den Not-Aus-Sonden hinsichtlich unter schiedlicher Behälterdurchmesser, insbesondere aber vor Ort auf die unterschiedlichen Behälterlängen bei gleichem Be hälterdurchmesser und auf die unterschiedlichen Förder leistungen, die auf den Zeitpunkt des Voralarmes Einfluß haben - und damit auf eine wirtschaftliche Befüllung -, wurde durch eine Einstelleinrichtung für die Voralarm-Sonden gelöst, die eine minimalste Einstellung zu den Not-Aus-Sonden garantiert und eine Anpassung an die Füllverhält nisse und eine Sicherung dieser Einstellung ermöglicht.

Ausführungsbeispiele dieser Erfindung sind auf den beige fügten Zeichnungen näher dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen Schaltverstärkerkasten 1 mit einer Leuchtdioden anzeige und zugehörenden Funktionshinweisschildern 36 eines kompatiblen Schaltverstärkers mit einem einge fügten Mikroprozessor 3 und den gleichfalls zusätzlich eingefügten Überwachungskreisen 13, 14, 15 zu dem bereits im kompatiblen Schaltverstärker vorhandenen Überwachungskreis 12, wobei der besseren Übersicht halber für die beiden Voralarm-Sonden 8 = V 1 und 10 = V 2 die Signalanzeigeleuchten 4 und 5 und für die Not-Aus-Sonden 9 = NA 1 und 11 = NA 2 die Signalan zeigeleuchten 6 und 7 vorgesehen sind, wobei die Frei gabe der Schaltkreise nach fehlerfreiem Prüflauf in grüner Farbe aufleuchtet und beim Auftreten eines Fehlers die Signale in roter Farbe erfolgen. Mit dem Einschalten der Stellglieder am Schalter 18 und der Fülleinrichtung am Schalter 19 werden die Signalanzei gen 4, 5, 6 und 7 von der Leuchtdiodenanzeige 2 ge trennt und übernehmen eine Funktionsüberwachung für jede der 4 Sonden unabhängig von den anderen Schalt kreisen. Die Anzeige für die Befüllungsfreigabe,also zur Betätigung der Schalter 18 und 19, erfolgt durch ein Freigabesignal an der Kontrolleuchte 16, die An zeige für das Erreichen der Füllgrenze - Tank voll - erfolgt an der Signalanzeige 17 als Signal für das manuelle Ausschalten zunächst der Fülleinrichtung über Schalter 19 und dann der Stellglieder über Schalter 18. Wird dieser Hinweis zum Abschalten, der durch ein Blinkzeichen und durch ein akustisches Zeichen erfolgt, übersehen, dann folgt eine automa tische Not-Aus-Abschaltung über die Sonden 9 und 11 - zur doppelten Sicherheit also in redundanter Anord nung, und es leuchtet dann auf in Form eines roten Blinklichtes die Signalanzeige 20.

Fig. 2 zeigt einen kompletten Mehrfachgrenzwertgeber 22 auf einem Flansch 23, aufgeschraubt auf einen Gegenflansch 24, über einer Behälteröffnung 25 oder auf einem Behälter deckel angeordnet, was insbesondere bei nachträglichen Einbauten der Fall sein wird, um Schweißarbeiten am Behälter zu vermeiden. Bei älteren Behältern sind nämlich zusätzliche Flanschöffnungen nicht vorhanden. An einem Sondenbefestigungsstab 38 sind die beiden Not-Aus-Sonden 9 = NA 1 und 11 = NA 2 befestigt in einem festen Abstand zum Flansch, der sich aus dem Behälterdurchmesser und einem bei größeren Behältern noch vorhandenen Domschacht ergibt. Dieser Abstand wird außen am Flansch sichtbar eingeschlagen,weshalb für die Not-Aus-Sonde bewußt auf eine Einstellbar keit für verschiedene Behälterdurchmesser verzichtet wurde. Eine Möglichkeit würde sich natürlich auch hier bieten; dann müßte aber auch der Abstand "a" für das Peilrohr automatisch mit verändert werden, denn dieser Abstand kontrolliert die Funktion der Überfüll sicherung. Erreicht der Flüssiggasspiegel die Voralarm-Sonden 8 und 10, die zur Sicherheit in redundanter, also in doppelter Ausführung vorhanden sind und auch während des Füllvorganges in Funktion sein müssen, um die Forderung der aktiven Redundanz zu erfüllen, so leuchtet die Signalanzeige 17 auf, gibt gleichzeitig akustischen Alarm zum Zeichen des Abschaltens der Füllanlage. Der Abstand "b" zu den Not-Aus-Sonden 9 und 11 ergibt sich aus der Behältergröße, aus der unterschiedlichen Behälterlänge bei gleichem Behälter durchmesser und aus der Fülleistung des Kompressors oder der Pumpe und muß dem Bedienungspersonal genü gend Zeit geben, den Befüllungsvorgang manuell zu be enden. Aus diesem Grunde ist es angebracht und vor teilhaft, wenn der Abstand "b" zwischen den beiden Sonden einstellbar ist. Diese Einstellmöglichkeit ist gegeben durch eine Einstellspindel 31, die über eine Höhe nach dem Maß "c" veränderbar ist und an der Arretierschraube 39 feststellbar ist. Um dieses Ver stellmaß "c" voll auszunutzen, wäre es möglich, zwi schen die beiden Flansche 23 und 24 einen Paßflansch einzufügen, der mit einem Abstandsmaß gekennzeichnet ist, und eine Angleichung an einen weiteren Behälter durchmesser oder eine unterschiedliche Domschachthöhe ermöglicht. Die feste Anordnung des Peilrohres 28 im Abstand "a" zu den Not-Aus-Sonden 9 und 11 kann so gering als möglich gehalten werden, muß aber in der Nähe des zulässigen Füllgrades, und zwar für den unterirdischen Behälter bei 90%, für den oberirdi schen Behälter bei 85% des Behältervolumens liegen. Zur wirtschaftlichen Ausnutzung des Füllvolumens wird man die Abstände "a" und "b" in der Praxis so gering als möglich halten. Die elektrische Verbindung der 4 Sonden erfolgt über eine oder auch mehrere elektri sche Durchführungen 26, die druckfest, dicht und brand sicher sein muß, mittels Kabelleiterverbindung 34 zum Schaltverstärker, wobei die Kabelverbindung explosionssicher in einem Kabelverbinder 27 herge stellt wird. Für die Masseverbindung genügt eine ge meinsame Leitungsverbindung zum Massepunkt 21. Erfor derlichenfalls - was praktisch aber nicht gemacht wird - könnte auch die Masseleitung 4-fach verlegt werden. Um beim Einstellen der Voralarmsonden 8 und 10 an der Höhenverstellspindel 31 zu verhindern, daß durch Drehen die Kabelverbindungen mit verdreht wer den, ist eine Verdrehungssicherung 30 vorgesehen, die sich in einer Längsschlitzöffnung des Mantelrohres führt und durch diesen Schlitz gleichzeitig eine obere Belüftung bzw. Druckausgleich im Mantelrohr 32 ergibt. Die Verdrehungssicherung kann aber auch am Flansch selbst erfolgen; dann muß aber im oberen Man telrohr eine zusätzliche Belüftungsöffnung vorgesehen werden. Das Mantelrohr 32 soll die Sonden und das Peilrohr vor Beschädigung bei der Lagerung und dem Transport bewahren, es schützt die Sonden aber auch vor einer Spritzberührung durch das flüssige Gas während des Füllvorganges. Aus diesem Grunde ist der flüssige Gas eintritt auch an der Unterseite des Mantelrohres durch ein Sieb 33 vorgesehen, welches den wallenden Flüssiggasspiegel glättet.

Bezugszeichenliste

1 kombinierter redundanter Schaltverstärker
2 Leuchtdioden- oder Displayanzeige
3 Mikroprozessor
4 Signalanzeige Voralarm 1
5 Signalanzeige Not-Aus 1
6 Signalanzeige Voralarm 2
7 Signalanzeige Not-Aus 2
8 Voralarmsonde zu V 1
9 Not-Aus-Sonde zu NA 1
10 Voralarmsonde zu V 2
11 Not-Aus-Sonde zu NA 2
12 Überwachungskreis zu V 1
13 Überwachungskreis zu NA 1
14 Überwachungskreis zu V 2
15 Überwachungskreis zu NA 2
16 Signalanzeige Füllfreigabe
17 Signalanzeige Tank voll als Blinkanzeige
18 Schalter für Stellglieder
19 Schalter für Fülleinrichtungen
20 Not-Aus-Signalanzeige als Blinklicht
21 Masse-Anschluß für alle Null-Leiter
22 Mehrfachgrenzwertgeber
23 Flansch
24 Gegenflansch
25 Behälteröffnung oder Behälterdeckel
26 elektrische Durchführung
27 EX-geschützter Kabelverbinder
28 Peilrohr
29 Peilventil
30 Verdrehungssicherung
31 Höhenverstellspindel
32 Mantelrohr
33 Siebboden
34 Kabelleiterverbindung
35 Gesamtfunktionsschalter
36 Funktionshinweisschilder
38 Sondenbefestigungsstab
39 Arretierschraube
40 Stromeingangsanschluß
41 Anschluß für die akustischen Signaleinrichtungen

Claims

1. Vorrichtung zur redundanten Überfüllsicherung durch Begrenzung der Füllmen gen von flüssigen Medien in offenen Behältern oder von unter Druck stehenden, verflüssigten Gasen in Druckbehältern, bestehend aus einem Mehrfachgrenzwert geber mit zwei Sonden zur Voralarm-Meldung und zwei Sonden zur Not-Aus-Meldung und aus einem Schaltverstärker für die Steuersignale mit folgenden weite ren Merkmalen:

- der Schaltverstärker weist eine Leuchtdioden- oder Displayanzeige (2) für die Überprüfung der Sonden und Steuerkreise vor dem Füllbeginn auf,
- der Schaltverstärker enthält einen Mikroprozessor (3) zur Abfrage der vier Son den und Steuerkreise durch potentialfreie Schrittschaltung vor dem Füllbeginn,
- der Schaltverstärker weist jeweils eine Signalanzeigeleuchte (4, 5, 6, 7) für je de der vier Sonden zur Anzeige der Überprüfung der Sonden vor dem Füllvor gang auf,
- jede der vier Sonden weist einen eigenen potentialfreien Überwachungskreis (12, 13, 14, 15) zu den Signalanzeigeleuchten (4, 5, 6, 7) auf zur Anzeige einer Unterbrechung des Füllvorganges und einer Störung während des Füllvorgan ges,
- die Leuchtdioden- oder Displayanzeige zeigt gemeinsam für beide Voralarm sonden die Freigabe zum Befüllen sowie den Voralarm für vollen Tank an,
- der Schaltverstärker (1) weist eine Signalanzeigeleuchte (20) zur Anzeige einer automatisch erfolgten, durch die Not-Aus-Sonden ausgelösten Not-Aus-Schal tung auf,
- der Schaltverstärker (1) ist elektrisch verbunden mit dem Mehrfachgrenzwertge ber (22), der aus einem Flansch (23) besteht, der auf einem Gegenflansch (24) an einer Behälteröffnung (25) oder an einem Behälterdeckel mit Schrauben befestigbar ist,
- an dem Flansch ist über einen Sondenbefestigungsstab (38) das Not-Aus-Sondenpaar (9, 11) befestigt,
- in einem Wirkabstand b ist darunter das Voralarmsondenpaar (8, 10) angeord net,
- die vier Sonden (8, 9, 10, 11) sind mit ihrem Masseanschluß mit einem Mas seanschluß (21) des Schaltverstärkers (1) verbunden,
- die Sonden (8, 9, 10, 11) sind durch je einen Stromleiter über eine oder mehrere elektrisch isolierende, druckdichte und hitzebeständige Kabeldurchführungen (26) mit einem auf der Flanschoberseite angeordneten Ex-geschützten Kabel verbinder (27) verbunden,
- die Sonden sind durch eine Sicherung (30) gegen Verdrehung gesichert,
- ein Peilrohr (28) mit Peilventil (29) ist im Wirkabstand a von den Sensoren an geordnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Voralarmson denpaar (8, 10) über eine Spindel (31) höhenverstellbar ist, jedoch nur bis zu einem Mindestwirkabstand b nach oben zu den Not-Aus-Sonden (9, 10) und die getroffe ne Einstellung sicherbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonden und das Peilrohr von einem engen Drahtgeflecht oder einem Mantelrohr (32) um geben sind, welches am Flansch (23) befestigt und am unteren Ende durch einen Siebboden (33) abgedeckt ist.