專利名稱：測定介質(zhì)容器中的液位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測定介質(zhì)容器中的液位的方法、液位測量裝置的相應(yīng)的用途以及具有相應(yīng)的液位測量裝置的設(shè)備。
背景技術(shù)：
盡管以下對本發(fā)明的描述主要涉及液化裝置的分離器中液氮或液氖的液位測量，但是需要強調(diào)的是所推薦的措施并非僅限于此，而是可以應(yīng)用于一系列其中應(yīng)當測定接近或高于其臨界點的介質(zhì)的液位的裝置中。眾所周知，物質(zhì)的臨界點P。是指液相和氣相的密度相適應(yīng)從而在這兩個聚集態(tài)之間無法確定差異的熱力學狀態(tài)。在相圖中該點表示蒸汽壓カ曲線的上端。測量接近或高于臨界點的低溫液體的液位特別困難，因為無法充分地在物理上區(qū)分聚集態(tài)?！DI所示為ー種通常用于在使用沖洗氣鼓泡的條件下利用流體靜力學測量法測定介質(zhì)液位的系統(tǒng)。利用所圖示的測量裝置100可以測定第一介質(zhì)I的液位I'，該第一介質(zhì)在圖I中僅示意性顯示的介質(zhì)容器10中被第二介質(zhì)2覆蓋。為此設(shè)置第一(+)測量管路110和第ニ(_)測量管路120，確定它們之間的壓カ差。由于介質(zhì)容器10中的物理條件，無法將用于測量壓カ的壓カ變送器直接布置在第一介質(zhì)I中。因此給第一測量管路110配備有用于使沖洗氣在此情況下例如是氦氣進行鼓泡的裝置130。以此方式可以在第一(+)測量管路110中形成氣墊，并且在通入介質(zhì)容器10中或者存在于此的第一介質(zhì)I中略微鼓泡的情況下由相應(yīng)的壓力得出液位I'。對于與非臨界范圍相關(guān)聯(lián)的第二(_)測量管路120，通常不需要進行鼓泡。在測量管路110和120中，在各個測量裝置(未示出)上游設(shè)置有相應(yīng)的閥111和121。用于氦氣鼓泡的裝置130共包括一系列其他的機械組件131至136，其中有一系列的閥門。由于其數(shù)量導致錯誤安裝的危險或者在運行中錯誤操作的危險。所圖示的液位測定系統(tǒng)無法在壓カ波動的情況下進行適配，這是因為沒有顯示，在主要的物理條件下不存在相界面，或者由于氦流量過高而顯示錯誤。因此在系統(tǒng)壓カ改變吋，需要進行各自的手動適配，這增大了所述的錯誤操作的危險。氦氣鼓泡的另ー個缺點在于，若通入低溫液體中進行鼓泡的氦氣的品質(zhì)不夠高，或者空氣通過泄漏點進入相應(yīng)的氦管路中，這尤其是可以在低溫范圍內(nèi)引起凍結(jié)及完全堵塞相應(yīng)的測量管路110。在此情況下，需要充分加熱相應(yīng)的測量裝置，這將導致可用性減小?？傊畬τ诖祟悳y量系統(tǒng)而言，需要建立完整的氦氣系統(tǒng)，并且對密封性和所用氦氣的純度提出高的要求。因此，傳統(tǒng)的液位測量法被證明是復雜、成本高并且容易發(fā)生故障的。因此，需要改進液位測量法，尤其是用于低溫技術(shù)應(yīng)用
發(fā)明內(nèi)容
在此背景下，本發(fā)明建議用于測定介質(zhì)容器中的液位的方法、液位測量裝置的相應(yīng)用途以及具有相應(yīng)的液位測量裝置的設(shè)備。優(yōu)選的實施方案是各個從屬權(quán)利要求的主題以及以下說明。本發(fā)明的優(yōu)點根據(jù)本發(fā)明的方法包括測定第一介質(zhì)的液位，所述第一介質(zhì)在介質(zhì)容器中被第二介質(zhì)覆蓋，其中所述第一介質(zhì)接近或高于其臨界點并且具有第一介電常數(shù)，所述第二介質(zhì)以亞臨界狀態(tài)存在于氣相中并且具有第二介電常數(shù)，其中利用電容測量裝置測定第一介質(zhì)的液位。電容測量原理的應(yīng)用本身是已知的。本申請的申請人現(xiàn)在令人驚奇地發(fā)現(xiàn),也特別優(yōu)選將相應(yīng)的電容測量原理用于測定接近或高于其臨界點的介質(zhì)的液位。眾所周知，在相應(yīng)的電容液位測量法的范疇內(nèi)使用長形的測量電極，將該電極浸入待測介質(zhì)中，并且根 據(jù)介質(zhì)的液位被介質(zhì)覆蓋。在此，液位測量的原理是基于通過測量電極、對應(yīng)電極以及部分地通過該介質(zhì)形成的電容器在液位改變時所發(fā)生的電容變化。在此,對應(yīng)電極是通過介質(zhì)容器壁或者分別提供的參比電極形成的。眾所周知，臨界點P。的特征在于三個狀態(tài)變量，即臨界溫度T。、臨界壓力P。和臨界密度P?；蚺R界摩爾體積Vm,。。在此若在本申請的范疇內(nèi)提及“接近其臨界點”的介質(zhì)，則應(yīng)理解為該介質(zhì)的溫度T是臨界溫度的至少80 %，尤其是至少90 %，和/或壓カp是臨界壓カ的至少80 %，尤其是至少90%。密度P或臨界摩爾體積Vni可以是相應(yīng)的臨界值的至少80%，尤其是至少90%。高于其臨界點的介質(zhì)的相應(yīng)的溫度T是臨界溫度的至少100 %，尤其是至少110%，和/或壓カP是臨界壓カ的至少100%，尤其是至少110%。密度P或臨界摩爾體積Vm可以是各自臨界值的至少100%，尤其是至少110%。尤其是對于這些狀態(tài)變量，優(yōu)選可以采用根據(jù)本發(fā)明的方法，因為對于這些值無法或者只能在大幅增加設(shè)備復雜性的情況下才能實現(xiàn)傳統(tǒng)的液位測量，例如利用之前所述的氦氣鼓泡法。第一介質(zhì)在第一情況下優(yōu)選含有至少80重量％，尤其是至少85重量％的液氮以及0至20重量％的氧和/或氖，或者在第二情況下含有至少90重量％，尤其是至少95重量1^的液氖以及0至5重量％的氦，其壓カ在25與35巴之間，優(yōu)選在29與31巴之間。第ニ介質(zhì)在第一1清況下優(yōu)選含有70至80重量％的氖、15至25重量％的氦以及0至5重量％的氮，或者在第二情況下含有85至95重量％的氦以及5至15重量％的氖。因此，特別優(yōu)選將該方法用于具有相應(yīng)的氮分離器的氖液化設(shè)備中，所述氮分離器在塔頂具有所述類型的氣體組成，尤其是約76重量％的氖、22重量％的氦以及I重量％的氮，并且在塔底具有約88重量％的液氮。所述介質(zhì)在此類分離器中通常處于約30巴的壓カ和66K的溫度下。在此，液氮接近其臨界點。本發(fā)明的另ー個應(yīng)用領(lǐng)域是在相應(yīng)的設(shè)備的氖分離器中測量液位，所述氖分離器在塔頂具有約90重量％的氦以及約10重量％的氖的氣體組成，以及在塔底具有約98重量％的氖和2重量％的氦。所述介質(zhì)在此類分離器中通常處于同樣約為30巴的壓カ但僅為26K的溫度下。下表給出在原料流(Feed)中以及在相應(yīng)的分離器的塔頂和塔底中的示例性測量值。在此，無單位的數(shù)據(jù)是指重量分數(shù)(重量％)。體積流量是以標準立方米每小時的形式給出。氮分離器

權(quán)利要求
1.用于測定第一介質(zhì)(I)的液位(P)的方法，所述第一介質(zhì)在介質(zhì)容器(10)中被第二介質(zhì)(2)覆蓋，其中所述第一介質(zhì)(I)接近或高于其臨界點并且具有第一介電常數(shù)，所述第二介質(zhì)(2)存在于氣相中并且具有第二介電常數(shù)，其特征在于，利用電容測量裝置(20)測定第一介質(zhì)的液位(I' ) O
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述第一介質(zhì)(I)的溫度是其臨界溫度的至少80%，尤其是至少90 %，其壓力是其臨界壓力的至少80 %，尤其是至少90 %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述第一介質(zhì)(I)的溫度是其臨界溫度的至少100%，尤其是至少110%，其壓力是其臨界壓力的至少100%，尤其是至少110%。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述第一介質(zhì)(I)含有至少80重量％，尤其是至少85重量％的液氮,所述第二介質(zhì)(2)含有70至80重量％的氖、15至25重量％的氦以及O至5重量％的氮，其壓力在25與35巴之間，優(yōu)選在29與31巴之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一的方法，其中所述第一介質(zhì)含有至少90重量％，尤其是至少95重量％的液氖，所述第二介質(zhì)含有85至95重量％的氦以及5至15%的氖，其壓力在25與35巴之間，優(yōu)選在29與31巴之間。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中所述第一介電常數(shù)相對于所述第一介電常數(shù)偏差至少10%，尤其是至少20%。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法，其中使用具有測量電極(21)和參比電極(22)的電容液位測量裝置(20)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中使用電容液位測量裝置(20)，所述電容液位測量裝置具有作為測量桿構(gòu)成的測量電極(21)和作為測量管構(gòu)成的以同軸方式包圍測量桿的參比電極(22)。
9.電容測量裝置(20)在根據(jù)前述權(quán)利要求之一的方法中的用途。
10.設(shè)備(300)，尤其是氖液化設(shè)備，包括至少一個裝有第一介質(zhì)(I)的介質(zhì)容器(10，321)，所述第一介質(zhì)在介質(zhì)容器(10，321)中被第二介質(zhì)(2)覆蓋，其中所述第一介質(zhì)(I)接近或高于其臨界點并且具有第一介電常數(shù)，所述第二介質(zhì)(2)存在于氣相中并且具有第二介電常數(shù)，其特征在于，提供電容測量裝置(20)以測定第一介質(zhì)的液位(I')。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測定第一介質(zhì)(1)的液位的方法，所述第一介質(zhì)在介質(zhì)容器(10，321)中被第二介質(zhì)(2)覆蓋，其中所述第一介質(zhì)(1)接近或高于其臨界點并且具有第一介電常數(shù)，所述第二介質(zhì)(2)存在于氣相中并且具有第二介電常數(shù)。建議利用電容測量裝置(20)測定第一介質(zhì)的液位。
文檔編號G01F23/26GK102853878SQ20121025334
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者C·孔茨, R·弗呂根, R·艾歇爾曼 申請人:林德股份公司