Dispositivo y método para la medición del nivel de llenado.

Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado de una mezcla de líquido y gas a través de una válvula de alimentación de líquido en un recipiente

(1), que es un evaporador, cuya disposición comprende al menos un tubo vertical indicador de nivel de líquido (7), que está colocado junto a la pared exterior lateral del recipiente (1) y que está en conexión conductora de fluido con el espacio interior del recipiente (1) a través de dispositivos hidráulicos tubulares horizontales (13, 14, 5), en que

* un primer dispositivo hidráulico inferior (5), que está colocado cerca del fondo del recipiente (1), de modo que el nivel de llenado en el tubo indicador de nivel de líquido (7) varía con el nivel en el recipiente (1), y

* está previsto un segundo dispositivo hidráulico (13), por encima del valor nominal del nivel de llenado en el recipiente, de modo que el nivel de llenado en el tubo indicador de nivel de líquido (7) varía al superarse un valor nominal libremente seleccionable del nivel de llenado en el recipiente (1), y

* la disposición de medición está equipada con una disposición de indicación y regulación, que está en conexión de control con la válvula de alimentación de líquido (3) del recipiente (1), y

* el recipiente (1) comprende conductos de entrada y salida para líquidos y gases, caracterizada porque

* el tubo indicador de nivel de líquido (7) está equipado con al menos otro tercer dispositivo hidráulico tubular (14) que sobresale horizontalmente hacia dentro del recipiente (1), cuyo dispositivo está colocado a la altura del valor nominal o debajo del valor nominal del nivel de llenado en el recipiente, y

* el primer dispositivo hidráulico inferior (5) está equipado de forma limitadora (5) de la corriente de retorno con relación a los otros dispositivos hidráulicos previstos.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/000753.

Solicitante: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: ThyssenKrupp Allee 1 45143 Essen ALEMANIA.

Inventor/es: DZIOBEK, FRANK, JOHANNING, JOACHIM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE CONTROL O DE REGULACION DE VARIABLES... > Control del nivel, p. ej. controlando la cantidad... > G05D9/04 (con una fuente de energía auxiliar no eléctrica)

PDF original: ES-2488827_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Dispositivo y método para la medición del nivel de llenado

La invención se refiere a una nueva disposición de medición y a un método así como a su aplicación para la regulación del nivel de llenado en recipientes con mezclas de líquido y gas. Es imaginable igualmente la aplicación en evaporadores.

A partir del estado de la técnica son conocidas disposiciones de medición de nivel, que están realizadas como tubos indicadores de nivel dispuestos lateralmente junto a los respectivos recipientes y están equipadas con mirillas de inspección para la observación del nivel de líquido en los recipientes. Los tubos indicadores de nivel poseen respectivamente una tubuladura de medición superior y una inferior, que están ambas respectivamente en conexión conductora de fluido con los espacios interiores de los recipientes. Aquí, las tubuladuras de medición inferiores están colocadas cerca del fondo de los recipientes y las tubuladuras de medición superiores claramente por encima de los valores nominales de los niveles de líquido deseados.

La medición funciona según el principio de los vasos comunicantes. El tubo indicador de nivel de líquido muestra el mismo nivel que el existente en el recipiente, siempre que el líquido en el tubo indicador de nivel de líquido así como el líquido que se encuentra en el recipiente tengan la misma densidad Rho. En líquidos puros, esta condición básica del mismo valor de Rho para el líquido en el recipiente y para el líquido en el tubo de medición se cumple con buena precisión y el principio de medición descrito puede aplicarse sin problemas.

En mezclas de líquido y gas en un recipiente, la densidad depende sin embargo de la cantidad de gas contenido en el líquido. Es decir, que para mediciones de nivel en recipientes con mezclas de dos fases, el requisito anteriormente citado no se cumple siempre, ya que en el tubo indicador de nivel la mezcla de dos fases está separada y el líquido puro tiene una densidad correspondientemente más alta. Debido a ello, la medición está ligada a incertidumbres.

Un ejemplo del estado de la técnica para medir el nivel de líquido para líquidos agresivos mediante un tubo indicador de nivel de líquido se da a conocer en el documento EP33123A2. Aquí sin embargo no juega ningún papel la diferencia de densidad entre los líquidos en el recipiente y en el tubo indicador de nivel, ya que en cuanto al recipiente se trata de un separador, que no es calentado y con ello la liberación de gases en el separador es igual o al menos similar a la del tubo indicador de nivel de líquido. El documento EP33123A2 no entra en una reducción de la indicación de error en el tubo indicador de nivel de líquido para líquidos que se evaporan. Mediante el dispositivo dado a conocer ahí habría que contar con un valor de error alto, ya que no está prevista ninguna medida permanente limitadora de la corriente de retorno en el dispositivo hidráulico 28 inferior y otro dispositivo hidráulico debería ser previsto por debajo del valor nominal del nivel de líquido en el recipiente para cada uno de los líquidos mostrados en la figura 2 en D1, para indicar exactamente la altura de ambos líquidos. Una variación de este tipo de las enseñanzas expuestas en D1 no se indica, pero como se explica a continuación, es esencial en la medición de líquidos que se evaporan.

Hay desde luego estados de operación en los que la Rho del líquido en el recipiente sólo es la mitad de grande que la Rho en el tubo indicador de nivel de líquido. En evaporadores, la cantidad de burbujas de gas ascendentes y con ello la reducción de la densidad efectiva es una función de la carga del evaporador, y no existe por lo tanto una desviación constante del peso específico entre la mezcla de dos fases y el líquido. Es decir, la presión que actúa respectivamente en la tubuladura de medición inferior depende de la densidad efectiva del medio en la cámara del evaporador. Esta densidad es rebajada sin embargo por la proporción de burbujas de vapor del medio que se evapora en una medida no directamente determinable desde fuera.

En los evaporadores, por lo tanto, la medida en la que es rebajada la densidad efectiva del medio en la cámara del evaporador depende esencialmente de la cantidad de líquido que se evapora, es decir de la carga del evaporador. Es por lo tanto posible que la altura de llenado en la cámara del evaporador suba hasta el separador de gotas, aunque el nivel de llenado indicado sugiera una altura de llenado normal.

Se alcanza un nivel de llenado óptimo en evaporadores cuando todos los tubos intercambiadores de calor están cubiertos de líquido, y el evaporador puede funcionar a pleno rendimiento. Un nivel de llenado mayor no es necesario y tampoco deseable, ya que existe el riesgo de que junto con el gas también salga líquido del recipiente, lo que puede llevar a su vez a daños en máquinas conectadas a continuación.

Por regla general es al menos indeseable que sea arrastrado líquido por la fase gaseosa hacia fuera de un recipiente así, ya que con él pueden ser extraídas impurezas tales como sales. Esto puede llevar a corrosión y erosión en las partes de la instalación conectadas a continuación. En instalaciones con compresores conectados inmediatamente a continuación, como es el caso por ejemplo en instalaciones de refrigeración de plantas de amoniaco, puede llegarse a través de ello adicionalmente a daños en rotores.

De ello se sigue que en caso de aparición de mezclas de dos fases, el principio de medición descrito sólo es aplicable de forma condicionada. Aquí es irrelevante sí se trata de una indicación óptica local o de una indicación a distancia mediante captadores de presión eléctricos.

Si a pesar de la precisión de medición descrita se confía en la indicación en el tubo de medición, el manejo de un circuito de regulación de este tipo para la regulación del nivel de llenado en un recipiente con una mezcla de líquido y gas requiere mucha experiencia y mucho tacto. Un ajuste óptimo del nivel de llenado en el recipiente no es posible para todos los casos de carga imaginables.

Es decir, por lo tanto, según la construcción y la aplicación u operación del recipiente es conocido el nivel de operación óptimo, pero queda por resolver el problema de la detección precisa en cuanto a técnica de medición.

Constituye por lo tanto la tarea de la invención proporcionar una disposición de medición en evaporadores, un método de operación de esta disposición de medición en evaporadores así como aplicaciones de esta disposición de medición, que permitan garantizar, para un cierto valor nominal del nivel de llenado en el recipiente, que la altura del líquido en el recipiente no suba tanto como para que salga del recipiente líquido junto con la fase de gas.

Esto se consigue mediante la aplicación de una nueva disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado de una mezcla de líquido y gas a través de una válvula de alimentación de líquido en un recipiente, que es un evaporador, cuya disposición comprende al menos un tubo vertical indicador de nivel de líquido, que está colocado junto a la pared exterior lateral del recipiente y que está en conexión conductora de fluido con el espacio interior del recipiente a través de dispositivos hidráulicos tubulares horizontales, en que

un primer dispositivo hidráulico inferior, que está colocado cerca del fondo del recipiente, de modo que el nivel de llenado en el tubo indicador de nivel de líquido varía con el nivel en el recipiente, y

está previsto un segundo dispositivo hidráulico, por encima del valor nominal del nivel de llenado en el recipiente, de modo que el nivel de llenado en el tubo indicador de nivel... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado de una mezcla de líquido y gas a través de una válvula de alimentación de líquido en un recipiente (1), que es un evaporador, cuya disposición comprende al menos un tubo vertical indicador de nivel de líquido (7), que está colocado junto a la pared exterior lateral del recipiente (1) y que está en conexión conductora de fluido con el espacio interior del recipiente (1) a través de dispositivos hidráulicos tubulares horizontales (13,14, 5), en que

un primer dispositivo hidráulico inferior (5), que está colocado cerca del fondo del recipiente (1), de modo que el nivel de llenado en el tubo indicador de nivel de líquido (7) varía con el nivel en el recipiente (1), y

está previsto un segundo dispositivo hidráulico (13), por encima del valor nominal del nivel de llenado en el recipiente, de modo que el nivel de llenado en el tubo indicador de nivel de líquido (7) varía al superarse un valor nominal libremente seleccionable del nivel de llenado en el recipiente (1), y

la disposición de medición está equipada con una disposición de indicación y regulación, que está en conexión de control con la válvula de alimentación de líquido (3) del recipiente (1), y

el recipiente (1) comprende conductos de entrada y salida para líquidos y gases, caracterizada porque

el tubo indicador de nivel de líquido (7) está equipado con al menos otro tercer dispositivo hidráulico tubular (14) que sobresale horizontalmente hacia dentro del recipiente (1), cuyo dispositivo está colocado a la altura del valor nominal o debajo del valor nominal del nivel de llenado en el recipiente, y

el primer dispositivo hidráulico inferior (5) está equipado de forma limitadora (5) de la corriente de retorno con relación a los otros dispositivos hidráulicos previstos.

2. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado según la reivindicación 1, caracterizada porque el recipiente (1) es un evaporador, en que el valor nominal del nivel de llenado en el evaporador está dado por un cubrimiento completo de dispositivos de calentamiento (18) contenidos en el evaporador.

3. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado según la reivindicación 2, caracterizada porque los dispositivos de calentamiento en el evaporador comprenden al menos un tubo intercambiador de calor (18).

4. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado según una de las

reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el tercer dispositivo hidráulico tubular (14), que sobresale horizontalmente hacia dentro del recipiente (1), está colocado, medido en el punto central del diámetro del dispositivo hidráulico (14), de 1 a 25% respecto al valor nominal, preferentemente de 1 a 15% y de forma más particularmente preferida de 8 a 12% por debajo del valor nominal.

5. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado según una de las

reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la estructuración limitadora (5) de la corriente de retorno del primer dispositivo hidráulico (5) comprende una de las medidas consistentes en dispositivos de estrechamiento de sección transversal y/o válvulas y/o limitadores de flujo de retorno.

6. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado según una de las

reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los dispositivos hidráulicos tubulares (13, 14, 5) se escogen del grupo de tubuladuras y tubos flexibles.

7. Disposición de medición en un evaporador para la regulación del nivel de llenado según una de las

reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la disposición de indicación y regulación está equipada con sensores y/o sondas.

8. Método para la regulación del nivel de llenado de una mezcla de líquido y gas en un recipiente (1) mediante una disposición de medición en un evaporador según la reivindicación 1, en que

un líquido es conducido al recipiente (1), que es un evaporador, este líquido es calentado en el evaporador mediante dispositivos de calentamiento (18) y es descargado del evaporador en forma de gas,

un líquido es conducido al recipiente (1), en que el líquido, a través de un primer dispositivo hidráulico (5) que está colocado cerca del fondo del recipiente (1) y está estructurado de forma limitadora (5) de la corriente de retorno con relación a los otros dispositivos hidráulicos (13, 14) previstos, fluye al tubo indicador de nivel de líquido (7), y

al seguir aumentando el nivel de llenado en el recipiente (1), el líquido es introducido a través de al menos otro tercer dispositivo hidráulico (14), que está colocado a la altura del valor nominal o por debajo del valor nominal del nivel de llenado del recipiente (1), y el líquido es cargado en el tubo indicador de nivel de líquido (7) hasta el nivel verdadero, y

al continuar la conducción de líquido al recipiente (1), el nivel del líquido en el tubo indicador de nivel de líquido (7) sigue aumentando, y

el gas que se escapa del líquido en el tubo indicador de nivel de líquido (7) es conducido a través de un segundo dispositivo hidráulico (13), que está colocado por encima del valor nominal del nivel de llenado en el recipiente (1), y

al alcanzarse el valor nominal se interrumpe la introducción de líquido en el recipiente (1), mediante el recurso de que desde una disposición de Indicación y regulación es enviada una señal, mediante la cual es cerrada la válvula de alimentación de líquido (3) del recipiente (1), y

al bajar el nivel por debajo del valor nominal es enviada una señal por la disposición de indicación y regulación, mediante la cual es abierta la válvula de alimentación de líquido (3) del recipiente (1).

9. Aplicación de la disposición de medición en un evaporador según la reivindicación 1, caracterizada porque la

disposición de medición se emplea para la regulación del nivel de llenado en evaporadores en frío (23) con mezclas de dos fases.

1. Aplicación de la disposición de medición en un evaporador según la reivindicación 1, caracterizada porque la disposición de medición se emplea para la regulación del nivel de llenado en evaporadores en frío de instalaciones 2 de amoniaco.