DE4413197A1 - Gas extraction device for detection of gases contained in liq. - Google Patents
Gas extraction device for detection of gases contained in liq.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches und deren Verwendung.The invention relates to a device according to the preamble of the main claim and its use.
In der Überwachung, beispielsweise von ölgefüllten Hochspan nungsgeräten, insbesondere von Transformatoren, ist es bekannt, das im Öl gelöste Gas zu extrahieren und dessen Zusammen setzung zu analysieren, um daraus Rückschlüsse auf den techni schen Zustand der elektrischen Betriebsmittel ziehen zu können. Hierbei sind bestimmte Gaskomponenten und deren volumenmäßiger Anteil in der Gasprobe signifikant für bestimmte Schadenspro zesse (Heißstelle, Entladungen) in ölgefüllten Transformatoren.In the monitoring, for example of oil-filled chipboard devices, especially transformers, it is known to extract the gas dissolved in the oil and its combination analyzing the setting in order to draw conclusions about the techn electrical condition of the electrical equipment. Here are certain gas components and their volume Proportion in the gas sample significant for certain damage pro processes (hot spots, discharges) in oil-filled transformers.
Analog ist die Überwachung des Gasgehaltes von Gewässern oder Abwässern im Rahmen des Umweltschutzes zu betrachten.The monitoring of the gas content of bodies of water or Consider waste water in the context of environmental protection.
Für die Extraktion der im Öl gelösten Gase ist es bekannt, die Vakuumtechnik einzusetzen. Dabei wird gemäß DE-AS 21 43 045 eine Zylinder- Kolbenanordnung zur schnellen Veränderung des Volumens einer eingeschlossenen Flüssigkeitsprobe und zum Aus stoßen des dabei freigesetzten Gases genutzt.It is known for the extraction of the gases dissolved in the oil that Use vacuum technology. According to DE-AS 21 43 045 a cylinder-piston arrangement for quickly changing the Volume of an enclosed liquid sample and for out encountered the released gas used.
Nachteilig sind da bei die Dichtungsprobleme des Vakuums und die nicht vollständige und wegen Resorption des Gases beim Heraus drücken der Gasprobe nicht genau definierbare Entgasung.The disadvantages are the sealing problems of the vacuum and the not complete and due to absorption of the gas when it comes out press the gas sample not exactly definable degassing.
Weiterhin ist gemäß DD-PS 2 3B 115 bekannt, die Stripping technik zu verwenden. Hierbei wird ein Trägergas, beispielswei se Luft, in Blasenform durch die Flüssigkeit geleitet, wobei ein Gasaustausch zwischen Trägergasphase und dem in der Flüs sigkeit gelösten Gas stattfindet. Bei ausreichend langer Aus tauschstrecke stellt sich ein definiertes Partialdruckgleich gewicht ein, so daß analytisch reproduzierbare Ergebnisse er reicht werden.Furthermore, according to DD-PS 2 3B 115, stripping is known to use technology. Here, a carrier gas, for example air, bubbled through the liquid, whereby a gas exchange between the carrier gas phase and that in the river dissolved gas takes place. With a sufficiently long off exchange path is a defined partial pressure equal weight, so that analytically reproducible results be enough.
Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß diese Technik nur für gro ße Flüssigkeitsvolumina anwendbar ist, die bereits nahezu mit Trägergas gesättigt sind bzw. nach sehr langen Betriebszeiten. Andererseits besteht für das Trägergas die Gefahr der Auflö sung, wenn davon nur eine begrenzte Menge verwendet wird, bei spielsweise im diskontinuierlichen Betrieb oder bei einer Stoß injektion.The disadvantage here is that this technique is only for large ß liquid volume is applicable, which is almost with Carrier gas are saturated or after very long operating times. On the other hand, there is a risk of dissolving the carrier gas solution if only a limited amount is used for example in discontinuous operation or in the event of a shock injection.
Wird bei einem kontinuierlichen Austauschprozeß mit Trägergas und Flüssigkeit im Gegenstrom gearbeitet, müssen die Geschwin digkeiten der beiden Ströme genau aufeinander abgestimmt sein. Eine Regelung der Ströme zum Ausgleich der Viskositäts schwankungen infolge sich ändernder Temperatur bzw. die Kon stanthaltung der Temperatur auf der Länge der Gasaustausch strecke ist erforderlich.Used in a continuous exchange process with carrier gas and liquid worked in countercurrent, the speed must be of the two currents must be precisely coordinated. A regulation of the currents to balance the viscosity fluctuations due to changing temperature or the con Maintaining the temperature along the length of the gas exchange distance is required.
Ebenfalls bekannt ist die Anwendung der Permeationstechnik. Der Flüssigkeitsraum und der Gasraum werden durch eine scheibenför mige, gaspermeable Membran getrennt, wobei ein Gasaustausch als Folge der Partialdruckdifferenz durch die Membran hindurch er folgt. Nach dem Firmenprospekt "HYDRAN Gas in Öl Analysengerä te" der Firma Syprotec, West Chazy, N.Y. 12992, USA, wird der Permeationsstrom des nachzuweisenden Wasserstoffes gemessen.The use of permeation technology is also known. Of the The liquid space and the gas space are disc-shaped mige, gas permeable membrane separated, with a gas exchange as Follow the partial pressure difference across the membrane follows. According to the company brochure "HYDRAN gas in oil analyzer te "from Syprotec, West Chazy, N.Y. 12992, USA, the Permeation current of the hydrogen to be detected measured.
Nachteilig wirkt sich aus, daß Gase mit hoher Löslichkeit in der Flüssigkeit in geringer Konzentration nicht erfaßbar sind, da der Permeationsstrom dieser Gase zu gering ist. Weiterhin ist der Permeationsstrom stark von der Temperatur abhängig, wo durch entweder eine rechnerische Korrektur oder eine Konstant haltung der Temperatur im Bereich der Membran erforderlich ist. In der zitierten Lösung ist die Temperierung der gesamten Meß zelle erforderlich.The disadvantage is that gases with high solubility in the liquid is not detectable in low concentration, because the permeation flow of these gases is too low. Farther the permeation current is strongly dependent on the temperature where by either a mathematical correction or a constant maintenance of the temperature in the area of the membrane is required. In the solution cited is the temperature of the entire measurement cell required.
Eine Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit für Gase mit hoher Löslichkeit ist durch die Vergrößerung der Membranfläche und Verringerung der Membrandicke zwar möglich, jedoch sind durch die Berstfestigkeit der Membran Grenzen gesetzt, so daß durch die genannten Maßnahmen die erforderliche Nachweisempfindlich keit für Gase mit hoher Löslichkeit nicht entscheidend erhöht werden kann.An increase in detection sensitivity for gases with high Solubility is due to the enlargement of the membrane area and Reduction of the membrane thickness is possible, but by the bursting strength of the membrane is limited, so that by the measures mentioned are sensitive to the required evidence not significantly increased for gases with high solubility can be.
Der Nachweis der Gaskonzentrationen in der Flüssigkeit kann auf bekannten Wegen auch dadurch erreicht werden, daß nicht der Permeationsgasstrom der jeweiligen Gaskomponente , sondern ihre Konzentration im Gasraum nach Einstellung des Partialdruck gleichgewichtes bestimmt wird. Die Zeit, die der Ausgleichsvor gang in Anspruch nimmt, ist ebenfalls von der Membranfläche, der Membrandicke und dem Volumen des Gasraumes bezüglich Membranfläche und -dicke abhängig, allerdings im umgekehrten Verhältnis wie der Permeationsgasstrom. Das bedeutet, daß diese Zeit mit einer scheibenförmigen Membran und dahinter angeord neter Meßzelle in praktischen Fällen nicht unter die Werte verringert werden kann, die für eine Erfassung von schadensrelevanten Vorgängen zur Verfügung steht. Das heißt, die Geschwindigkeit der Gasmessung ist im Vergleich zur Ge schwindigkeit der Konzentrationsänderungen im Transformatorenöl zu gering, um Schädigungsprozesse bereits im Anfangsstadium er fassen zu können.The detection of gas concentrations in the liquid can be based on known ways can also be achieved in that not Permeationsgasstrom the respective gas component, but their Concentration in the gas space after setting the partial pressure equilibrium is determined. The time before the compensation takes up is also from the membrane surface, the membrane thickness and the volume of the gas space Membrane area and thickness depend, but in reverse Ratio like the permeation gas flow. That means this Time with a disc-shaped membrane and arranged behind it neter measuring cell in practical cases not below the values can be reduced for a capture of damage-relevant processes is available. This means, the speed of gas measurement is compared to Ge speed of changes in concentration in transformer oil too low to prevent damage processes from an early stage to be able to grasp.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine quasikontinuier liche und schnelle Extraktion von Gasen hoher Löslichkeit und geringer Konzentration aus Flüssigkeiten mit Hilfe der Permeationstechnik effektiv vorzunehmen, um in einer unmittelbar anschließenden Analyse rechtzeitig bzw. sofort eine Schadensentwicklung oder Störerscheinung zu erkennen und zu signalisieren.The invention is based on the problem of a quasi-continuous Fast and easy extraction of gases of high solubility and low concentration of liquids using the To make permeation technology effectively in order to immediately following analysis in time or immediately one Recognize damage development or malfunction and to signal.
Erfindungsgemäß wird das Problem mit den im Kennzeichenteil der Patentansprüche unter Schutz gestellten Mitteln gelöst.According to the invention, the problem with that in the characterizing part of the Claims resolved under protected means.
Für die erfolgreiche Realisierung der Erfindung ist von Bedeu tung, daß nach Einstellung des Partialdruckgleichgewichtes zur umgebenden Flüssigkeit das durch Permeation aus der Flüssigkeit abgetrennte Gas aus dem Raum zwischen beiden gaspermeablen Folien verdrängt wird, wobei sich ein inneres Druckgefälle zu den Ausleitungen hin aufbaut und damit ein schnelles Ausströmen des Gases aus dem spaltförmigen Gasraum erreicht wird.For the successful implementation of the invention is of importance tion that after setting the partial pressure balance for surrounding liquid by permeation from the liquid separated gas from the space between the two gas permeable Foils is displaced, creating an internal pressure drop builds up the rejections and thus a quick outflow of the gas is reached from the gap-shaped gas space.
Die Zeit für die Entnahme des Gases wird dabei allein durch die Geschwindigkeit bestimmt, mit der sich die durch die fort schreitende Verringerung des Volumens entstehende Verdrän gungsfront zu den unter Normaldruck stehenden Ausleitungen hin bewegt. Der dadurch entstehende innere Druck führt zu einer Ausweitung des spaltförmigen Gasraumes infolge elastischer Dehnung der Permeationsfolien, wodurch der Strömungswiderstand herabgesetzt und die schnelle Entnahme des Gases zusätzlich unterstützt wird.The time for taking the gas is determined solely by the Determines the speed at which it continues through the progressive reduction in volume front to the diversions under normal pressure emotional. The resulting internal pressure leads to a Expansion of the gap-shaped gas space due to elastic Elongation of the permeation foils, which reduces the flow resistance reduced and the rapid withdrawal of the gas additionally is supported.
Die Entnahme des Gases kann erfindungsgemäß auch dadurch be schleunigt werden, daß ein Druck im Flüssigkeitsbehälter aufge baut wird, der auf die Permeationsfolien einwirkt und die gas leitende Stützschicht im Gasraum zusammenpreßt. Weitere me chanische Mittel sind in den Unteransprüchen beschrieben.The removal of the gas can also be according to the invention be accelerated that a pressure in the liquid container is applied is built, which acts on the permeation films and the gas conductive support layer in the gas space compresses. More me chanic agents are described in the subclaims.
Die Erfindung soll nachstehend durch Zeichnungen und mit Bei spielen näher erläutert werden.The invention will hereinafter by drawings and with Bei play will be explained in more detail.
Es zeigen hierbei:They show:
Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung, angeordnet außerhalb des Flüssigkeitsbehälters, mit entsprechenden Stellein richtungen und einer Meßzelle zur Detektion mittels bekannter Gassensoren Fig. 1, the device according to the invention, arranged outside of the liquid container, with appropriate Stellin devices and a measuring cell for detection by means of known gas sensors
Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Abstandshaltern und einem Schnitt A-A vor und Schnitt A₁-A₁ nach der Gasentnahme aus dem Gasraum Fig. 2, the device according to the invention with spacers and a section AA before and section A₁-A₁ after gas removal from the gas space
Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung, befestigt an einer Nabe und an einer Feder gehalten, in der Seitenansicht (linkes Bild) und in der Vorderansicht (rechtes Bild) mit Stelleinrichtung und Meßzelle. Fig. 3 shows the device according to the invention, fastened to a hub and held on a spring, in side view (left picture) and in front view (right picture) with adjusting device and measuring cell.
Die an ihren Rändern gasdicht miteinander verbundenen Per meationsfolien 1 werden durch eine elastische, gasleitende Stützschicht 2 annährend parallel auf Abstand gehalten, so daß sich zwischen den Permeationsfolien 1 ein Gasraum ausbil det, der über rohr- oder schlauchförmige Ausleitungen 3 und ein Absperrventil 9 mit einer Meßzelle 10 verbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist von einem druckfesten Behälter 8 umschlossen, der über den Zufluß 11 und den Abfluß 12 mit der zu untersuchenden Flüssigkeit verbunden ist, so daß die Flüssigkeit den Behälter 8 restlos ausfüllt. Mittels Pumpe 13 findet eine ständige Durchströmung des Behälters 8 statt. Zur Durchführung des ersten Meßzyklus wird Ventil 14 geschlossen und Ventil 9 geöffnet. Das Ventil 15 in der Abflußleitung wird geschlossen, wodurch die Pumpe 13 einen Druck im Behälter 8 aufbaut, der auf die Permeationsfolien 1 einwirkt, die gaslei tende Stützschicht 2 zusammenpreßt und das in dem Gasraum zwischen den Permeationsfolien 1 befindliche Gas in die Meß zelle 10 drückt, wo die Detektion durchgeführt wird.The gas-tightly connected at their edges to each other per meation foils 1 are held in parallel by an elastic, gas-conducting support layer 2 , so that a gas space is formed between the permeation foils 1 , which has tubular or tubular outlets 3 and a shut-off valve 9 with a Measuring cell 10 is connected. The device according to the invention is enclosed by a pressure-resistant container 8 , which is connected via the inlet 11 and the outlet 12 to the liquid to be examined, so that the liquid completely fills the container 8 . A constant flow through the container 8 takes place by means of the pump 13 . To carry out the first measuring cycle, valve 14 is closed and valve 9 is opened. The valve 15 in the drain line is closed, whereby the pump 13 builds up a pressure in the container 8 , which acts on the permeation films 1 , compresses the gas-supporting layer 2 and presses the gas located in the gas space between the permeation films 1 into the measuring cell 10 where the detection is performed.
Nach erfolgter Überleitung wird Ventil 9 geschlossen und Ven til 14 geöffnet. Durch anschließendes Öffnen des Ventiles 15 wird der im Behälter 8 herrschende Druck abgebaut, wobei sich bei weiterhin geöffnetem Ventil 14 die gasleitende Stütz schicht 2 aufrichtet und unter Normaldruck stehende Luft in den Gasraum zwischen den Permeationsfolien 1 eingesaugt wird. Der nächste Meßzyklus beginnt, wenn sich im Gasraum zwischen den beiden Permeationsfolien 1 erneut das Partialdruckgleichgewicht zur umgebenden Flüssigkeit eingestellt hat.After the transition, valve 9 is closed and Ven valve 14 opened. By subsequently opening the valve 15 , the pressure prevailing in the container 8 is reduced, the gas-conducting support layer 2 erecting itself with the valve 14 still open and air under normal pressure being sucked into the gas space between the permeation films 1 . The next measuring cycle begins when the partial pressure equilibrium with the surrounding liquid has again been established in the gas space between the two permeation foils 1 .
Gemäß Fig. 2 sind auf die Ausleitung 3 zulaufende leistenför mige Abstandhalter 4 aus druckfestem und gasleitendem Material innerhalb der elastischen, gasleitenden Stützschicht 2 ange ordnet, die gleichzeitig als Kanäle fungieren. Durch Erhöhung des Flüssigkeitsdruckes erfolgt eine Volumenverringerung im Gasraum, wobei durch die von den Abstandhaltern 4 gebildeten Kanäle und die in den Randzonen der Abstandshalter 4 ent stehenden Zwickel 15 hindurch der Abtransport des verdrängten Gases erfolgt.According to FIG. 2, in the direction of the diversion 3, in the form of a spacer 4 made of pressure-resistant and gas-conducting material, in the elastic, gas-conducting support layer 2 , which act as channels. By increasing the liquid pressure there is a reduction in volume in the gas space, the entrainment of the displaced gas taking place through the channels formed by the spacers 4 and the gussets 15 formed in the edge zones of the spacers 4 .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gemäß Fig. 3 bandförmig ausgeführt und mit ihrer der Ausleitung 3 abgewandten Seite an einer Nabe 6 befestigt und über eine Feder 5 straff gehalten. Beim Aufwickeln der bandförmigen Permeationsfolien 1 wird bei geöffnetem Ventil 9 und geschlossenem Ventil 14 die elastische Stützschicht 2 zusammengepreßt, wodurch das Gas in die Meßzel le 10 gedrückt wird. Beim Abwickeln der Permeationsfolien 1 richtet sich die Stützschicht 2 wieder auf, wodurch bei geöffnetem Ventil 14 und geschlossenem Ventil 9 unter Normaldruck stehende Luft in den Gasraum gesaugt wird. Ventil 14 wird anschließend geschlossen.The device according to the invention is embodied in the form of a band in accordance with FIG. 3 and is fastened to a hub 6 with its side facing away from the diversion 3 and held tight by a spring 5 . When winding the band-shaped Permeationsfolien 1 9 and the closed valve 14 is compressed, the elastic supporting layer 2 with the valve open, whereby the gas in the Meßzel le is pressed 10th When the permeation films 1 are unwound, the support layer 2 straightens up again, so that when the valve 14 is open and the valve 9 is closed, air under normal pressure is sucked into the gas space. Valve 14 is then closed.
Nachdem sich im Gasraum zwischen den Permeationsfolien 1 das Partialdruckgleichgewicht zur umgebenden Flüssigkeit erneut eingestellt hat, beginnt der nächste Meßzyklus mit dem Öffnen von Ventil 9 und dem Aufwickeln der Permeationsfolien 1 auf die Nabe 6.After the partial pressure equilibrium with the surrounding liquid has re-established in the gas space between the permeation foils 1 , the next measuring cycle begins with the opening of valve 9 and the winding of the permeation foils 1 onto the hub 6 .
Das Austreiben des Gases aus der Stützschicht 2 kann vorteil hafterweise durch eine Andruckrolle 7 unterstützt werden.The expulsion of the gas from the support layer 2 can advantageously be supported by a pressure roller 7 .
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