PL217669B1 - Czujnik poziomu cieczy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest czujnik poziomu cieczy, mający zastosowanie, zwłaszcza przy określeniu momentu napełnienia gorącym produktem petrochemicznym, przykładowo stopionym asfaltem, zbiornika, jakim może być cysterna samochodowa lub kolejowa, napełniana w stacji nalewczej rafinerii nafty lub zakładów petrochemicznych lub odpowiedniej bazy materiałowej. Wynalazek umożliwia pomiar poziomu dowolnej cieczy w dowolnym zbiorniku.

Znane są różnego typu czujniki poziomu cieczy w zbiornikach zamkniętych. Jednoznacznie określają poziom cieczy w zbiorniku czujniki wypornościowe (pływakowe), posiadające ruchomy element wypierany przez nalewaną ciecz. Takie czujniki pływakowe są znane na przykład z opisu ochronnego wzoru użytkowego Ru 111948, czy z opisu patentowego polskiego nr 153993. Osiągnięcie określonego poziomu jest sygnałem osiągnięcia poziomu cieczy.

Znane są też czujniki pomiaru poziomu cieczy, które bazują na wykorzystaniu zjawiska odbicia fal dźwiękowych, zwłaszcza ultradźwiękowych, a także elektromagnetycznych (radarowe) i inne. Czujniki pomiaru poziomu cieczy, których zasada działania opiera się na pomiarze zmian parametrów fal elektromagnetycznych doprowadzanych bezpośrednio do cieczy, są znane z opisów patentowych polskich nr 155803 oraz 155804.

W przypadku produktów petrochemicznych w postaci cieczy, jakim jest przykładowo płynny asfalt, o temperaturze na poziomie 190°C (do 250°C) problemem jest tworząca się wskutek nalewania asfaltu mgła, złożona z drobnych kropelek asfaltu, która może pokryć przesuwające się elementy mechaniczne, uniemożliwiając niezawodne działanie czujnika poziomu, albo wręcz uniemożliwiając działanie czujnika. W urządzeniach stosowanych w rafinerii, które bazują na zablokowaniu wylotu gazu zasilającego czujnik, gdy w przestrzeni pomiarowej czujnika następuje wzrost ciśnienia statycznego w momencie osiągnięcia poziomu cieczy, problemem jest „zarastanie” zestalonym asfaltem wylotu króćca czujnika, czyli zmniejszenie i w dalszym etapie redukcja do zera jego przekroju wewnętrznego.

Ze względu na wymagania ochrony środowiska, w rafinerii ropy naftowej, konieczne jest uszczelnienie grzybka urządzenia nalewczego i włazu cysterny w celu niedopuszczenia do emisji związków chemicznych pochodzących z rozkładu i utlenienia asfaltu oraz niedopuszczenia do wydzielania się samego asfaltu, wydobywającego się w postaci mgły asfaltowej.

Rozwiązaniem znacznie mniej korzystnym, ale ciągle stosowanym w rafineriach i wytwórniach asfaltów lub ciężkich olejów opałowych, jest wykonywanie nalewu produktu rafineryjnego z zastosowaniem elementów dystansujących powierzchnię odwróconego stożka ściętego głowicy nalewczej od krawędzi cysterny, wykonanych najczęściej, w formie kilku pół-walcowych prętów przymocowanych na zewnątrz stożkowej powierzchni stożkowej głowicy nalewczej. Wówczas, w celu niedopuszczenia do emisji oparów i mgły asfaltu do atmosfery podczas nalewu produktu, jest konieczne zastosowanie systemu odsysu oparów i mgły asfaltowej oraz odsysu tworzącej się niekiedy podczas nalewu asfaltu wilgoci. Realizuje się to poprzez zastosowanie wentylatora ssawnego, umieszczonego na wylocie systemu odsysu oparów i mgieł z cysterny, albo innego zbiornika do którego ma miejsce nalew. Wówczas też, między głowicą nalewczą i wentylatorem odsysu, albo na wylocie wentylatora odsysu, umieszcza się urządzenie do zatrzymywania mgieł w różnych układach, formach, w postaci filtrów z włókniny, kolumn, albo komór adsorpcyjnych z węglem aktywnym, albo innym adsorbentem, a niekiedy - cyklon. W przypadku zastosowania do usuwania mgieł urządzenia nie zatrzymującego trwale oparów związków organicznych, wylot z systemu ssawnego przyłącza się do systemu dopalania par związków organicznych, typu - płomieniowego, żarowego albo katalitycznego.

W każdym przypadku wykonywania zamkniętego nalewu produktów płynnych do cystern lub zamkniętych zbiorników, niezbędne jest niezawodne określenie momentu osiągnięcia górnego poziomu produktu, czyli określenia momentu napełnienia cysterny. W przeciwnym razie, nalew lub napełnianie zbiornika musi być wykonywane „w sposób otwarty”, z na tyle uniesioną głowicą nalewczą, by pracownik obsługi mógł obserwować poziom lustra produktu w cysternie, czy zbiorniku, co jednak, skutkuje emisją oparów i mgieł do atmosfery i skażeniem środowiska, podwyższeniem poziomu złowonności w otoczeniu oraz poziomu toksyczności środowiska pracy w rejonie punktu nalewczego.

Ze względu na uzyskanie wysokiej niezawodności konieczne jest zainstalowanie w głowicy nalewczej czujnika poziomu cieczy, działającego na takiej zasadzie fizycznej, by był jak najprostszej konstrukcji, odporny na uszkodzenia mechaniczne, a przede wszystkim, całkowicie niezawodny. Te cechy posiada czujnik poziomu cieczy według wynalazku.

PL 217 669 B1

Czujnik poziomu cieczy według wynalazku, charakteryzuje się tym, że zawiera rurową obudowę metalową, korzystnie aluminiową, wewnątrz której jest umieszczony, korzystnie centralnie, czujnik temperatury zakończony główką, którego drugi koniec jest wyprowadzony do otoczenia. Wewnątrz rurowej obudowy w dolnej części czujnika poziomu cieczy przy główce czujnika temperatury, korzystnie powyżej, znajduje się wylot rurki doprowadzającej sprężony gaz, chłodzący lub ogrzewający. Rurowa obudowa posiada w dolnej części czujnika poziomu cieczy co najmniej jedno rozcięcie, korzystnie cztery, z umieszczoną na końcu tego rozcięcia miseczką osłonową, zasadniczo metalową. W górnej części rurowej obudowy czujnika poziomu cieczy jest zamocowana warstwa izolacyjna oraz przewód czujnika temperatury i rurka doprowadzająca sprężony gaz. Czujnikiem temperatury jest termopara, korzystnie termopara typu K lub czujnik oporowy lub czujnik termistorowy. Gazem doprowadzanym rurką jest powietrze lub gaz obojętny, korzystnie azot.

Istotną zaletą przedstawionego rozwiązania technicznego, którym jest czujnik poziomu cieczy jest bardzo niska wartość stałej czasowej, wynosząca rzędu 0.5-1 sekund. Czujnik według wynalazku dzięki zastosowanej miseczce osłonowej chroni przed przypadkowymi rozpryskami gorącej cieczy, jest odporny na zarastanie oraz na wpływ mgły, wilgoci, kondensatu powstających zwłaszcza w przypadku gorących produktów petrochemicznych. Jest odporny na krystalizację takiego produktu. W przypadku cieczy niepalnych i niskopalnych czujnik temperatury chłodzić można powietrzem, natomiast w przypadku cieczy palnych lub tworzących mieszaniny wybuchowe azotem.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia fragment dolnej części czujnika poziomu cieczy.

Czujnik poziomu cieczy w przykładzie wykonania zawiera aluminiową rurową obudowę 1, wewnątrz której jest centralnie umieszczony czujnik temperatury 2 zakończony główką, którego drugi koniec jest wyprowadzony do otoczenia. Czujnikiem temperatury 2 w przykładzie wykonania jest termopara typu K. Wewnątrz rurowej obudowy 1 w dolnej części czujnika poziomu cieczy powyżej główki czujnika temperatury 2 znajduje się wylot rurki 3 doprowadzającej chłodzący sprężony azot. Rurowa obudowa 1 posiada w dolnej części czujnika poziomu cieczy cztery pionowe rozcięcia 4 z umieszczoną na końcu tych rozcięć 4, metalową miseczką osłonową 5. W górnej części rurowej obudowy 1 czujnika poziomu cieczy jest zamocowana warstwa izolacyjna oraz przewód czujnika temperatury 2, czyli dwa kable termopary typu K i rurka 3 doprowadzająca chłodzący sprężony azot.

Sprężony azot, o temperaturze różnej od temperatury ciekłego produktu, którego poziom jest badany, jest doprowadzany do rurki 3, która u wylotu ochładza czujnik temperatury 2, czyli termoparę typu K w przykładzie wykonania, oraz jej otoczenie. Temperatura mierzona w momencie dotarcia do poziomu cieczy do wnętrza rozcięć 4 aluminiowej rurowej obudowy 1 jest różna od temperatury ciekłego produktu. Odległość końcówki rurki 3 doprowadzającej chłodzący sprężony azot od główki termopary 2 jest tak dobrana, że wydobywający się gaz nie pozwala na kontakt płynu, którego poziom jest mierzony, albo nalewanego produktu płynnego z otworkiem rurki 3. Końcówka termopary pomiarowej 2, zostaje zalana nalewanym produktem płynnym. Otrzymany gwałtowny dodatni, albo ujemny skok temperatury podawany w postaci pierwszej pochodnej temperatury po czasie, jest sygnałem osiągnięcia poziomu cieczy przez głowicę pomiarową czujnika temperaturowego.

W drugim przykładzie realizacji czujnika poziomu cieczy, budowa czujnika jest analogiczna jak w przykładzie pierwszym z tym, że czujnikiem temperatury 2 jest czujnik termistorowy a gazem chłodzącym jest powietrze i dodatkowo na powierzchni bocznej czujnika poziomu cieczy umieszczono miarę. Pionowych rozcięć 4 w dolnej części czujnika poziomu cieczy jest sześć.

W przypadku przemieszczania wzdłuż osi zbiornika, czujnika poziomu cieczy z wykorzystaniem mechanizmu, albo sił zewnętrznych, będzie miał miejsce skok temperatury w chwili wynurzania się lub zanurzania się czujnika w płynie, co spowoduje powstanie sygnału pomiarowego o bardzo niskiej wartości stałej czasowej.

Po wynurzeniu się czujnika z płynu, nastąpi jej obcieknięcie z powierzchni czujnika i nie ma ryzyka jego zatkania kondensującym, lub krystalizującym produktem. Natomiast podczas okresu zanurzenia czujnika w płynie nastąpi rozpuszczenie się w nim cienkiej warstewki zaschniętego, albo wykrystalizowanego produktu.

Claims (11)

1. Czujnik poziomu cieczy zawiera rurową obudowę, znamienny tym, że rurowa obudowa (1) jest metalowa, wewnątrz której jest umieszczony, korzystnie centralnie, czujnik temperatury (2) zakończony główką, którego drugi koniec jest wyprowadzony do otoczenia, zaś wewnątrz rurowej obudowy (1) w dolnej części czujnika poziomu cieczy przy główce czujnika temperatury (2) znajduje się wylot rurki (3) doprowadzającej sprężony gaz, korzystnie chłodzący a rurowa obudowa (1) posiada w dolnej części czujnika poziomu cieczy co najmniej jedno rozcięcie (4) z umieszczoną na końcu tego rozcięcia (4) miseczką osłonową (5), zasadniczo metalową, natomiast w górnej części rurowej obudowy (1) czujnika poziomu cieczy korzystnie jest zamocowana warstwa izolacyjna oraz przewód czujnika temperatury (2) i rurka (3) doprowadzająca sprężony gaz.

2. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa rurowa (1) jest aluminiowa.

3. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że obudowa rurowa (1) w dolnej części czujnika poziomu cieczy posiada cztery rozcięcia (4).

4. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że wylot rurki (3) doprowadzającej sprężony gaz znajduje się powyżej główki czujnika temperatury (2).

5. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnikiem temperatury (2) jest termopara.

6. Czujnik według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że czujnikiem temperatury (2) jest termopara typu K.

7. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnikiem temperatury (2) jest czujnik oporowy.

8. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że czujnikiem temperatury (2) jest czujnik termistorowy.

9. Czujnik według zastrz. 1, znamienny tym, że gazem doprowadzanym rurką (3) jest gaz ogrzewający.

10. Czujnik według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że gazem doprowadzanym rurką (3) jest gaz obojętny.

11. Czujnik według zastrz. 1 albo 9, znamienny tym, że gazem doprowadzanym rurką (3) jest powietrze.