DE102011088303A1

DE102011088303A1 - Tubusflanschdruckmittler, Druckmessanordnung mit einem solchen Tubusflanschdruckmittler und Druckmessstelle mit einer solchen Druckmessanordnung

Info

Publication number: DE102011088303A1
Application number: DE102011088303A
Authority: DE
Inventors: Raimund Becher
Original assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Current assignee: Endress and Hauser SE and Co KG
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-13
Also published as: US20130167961A1; US8984948B2

Abstract

Ein Tubusflanschdruckmittler 1 umfasst einen Flansch 2 zum Anschließen an einen Gegenflansch; einen Tubus 3, der an dem Flansch befestigt ist; einen hydraulischen Pfad 20, der sich von einer dem Flansch abgewandten ersten Öffnung in einer vorderen Endfläche 8 des Tubus zu einer zweiten Öffnung in der dem Tubus abgewandten rückseitigen Endfläche 22 des Flansches 2 erstreckt; und eine Trennmembran 10, welche die erste Öffnung überdeckt und entlang eines umlaufenden Randes mit der vorderen Endfläche des Tubus druckdicht verbunden ist, wobei der hydraulische Pfad 20 mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt oder befüllbar ist, um einen an der Trennmembran anstehenden Druck zu der zweiten Öffnung zu übertragen, wobei der Tubus 3 einen die Endfläche aufweisenden, vorderen Abschnitt 6 mit einem ersten Durchmesser und einen Zwischenabschnitt 4 mit einem zweiten Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Durchmesser, wobei der vordere Abschnitt kürzer ist als der Zwischenabschnitt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tubusflanschdruckmittler, eine Druckmessanordnung mit einem solchen Tubusflanschdruckmittler und eine Druckmessstelle mit einer solchen Druckmessanordnung.
Gattungsgemäße Tubusflanschdruckmittler umfassen einen Flansch zum Anschließen des Tubusflanschdruckmittlers an einer von einem Gegenflansch umgebenen rohrförmigen Öffnung eines Behälters oder einer Leitung; einen Tubus, der an dem Flansch insbesondere koaxial befestigt ist, und der gegenüber der Ebene des Flansches hervorsteht, um in die rohrförmige Öffnung hineinzuragen; einen hydraulischen Pfad, der sich von einer dem Flansch abgewandten ersten Öffnung in einer vorderen Endfläche des Tubus durch den Tubus und durch den Flansch zu einer zweiten Öffnung in der dem Tubus abgewandten rückseitigen Endfläche des Flansches erstreckt; und eine Trennmembran, welche die erste Öffnung überdeckt und unter Bildung einer Druckkammer zwischen der Trennmembran und der vorderen Endfläche des Tubus entlang mindestens eines umlaufenden Randes mit der vorderen Endfläche des Tubus druckdicht verbunden ist, wobei die Druckkammer und der hydraulische Pfad mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt sind, um einen an der Trennmembran anstehenden Druck zu der zweiten Öffnung zu übertragen.
Sinn und Zweck der Tubusflanschdruckmittler ist es, beispielsweise bei Druckmessstellen, die in so genannten Klöpperböden angeordnet sind, dafür zu sorgen, dass die Trennmembran nicht so weit in einem rohrförmigen Flanschanschluss gegenüber der Oberfläche des Klöpperbodens zurückgesetzt ist, dass sie durch sich verfestigende Sedimente bedeckt und dadurch von dem zu überwachenden Prozess entkoppelt wird.
Tubusflanschdruckmittler dienen insbesondere in Prozessen mit großen Temperaturunterschieden zur Umgebung die Trennmembran aus der Ebene des Flansches heraus hervorstehen zu lassen und durch die rohrförmige Öffnung hindurch, deren Länge oft als Strecke zum Abbau des Temperaturunterschieds zwischen dem Prozess und der Umgebung dient, in einem Bereich der Leitung oder des Behälters zu positionieren, in dem keine Gefahr besteht, dass aufgrund der gegenüber dem Prozess abweichenden Temperatur die Trennmembran mit einem falschen Druck beaufschlagt wird, oder dass ein Prozessmedium an der Trennmembran kondensiert oder kristallisiert. Die Länge des Tubus beträgt dabei oft mehrere Durchmesser der rohrförmigen Öffnung.
Insofern, als auch eine Kondensation oder Kristallisation des Mediums in dem Ringspalt zwischen dem PB und der rohrförmigen Öffnung zu vermeiden ist, ist es üblich, dass der Tubus die rohrförmige Öffnung möglichst weitgehend ausfüllt.
Diese Forderung bedingt ein relativ großes Volumen für den Tubus und damit einhergehend eine große Masse, wie beispielsweise in 4 für einen Tubusflanschdruckmittler 101 nach dem Stand der Technik dargestellt ist. Ein Flansch 102 trägt demnach einen Vollzylinder 104, an dessen Stirnseite eine Trennmembran 110 eine Druckkammer verschließt, von der eine Bohrung 120 durch den Vollzylinder 104 zur Rückseite des Flanschs verläuft, um den an der Trennmembran 110 anstehenden Druck dorthin zu übertragen. Insbesondere Tubusflanschdruckmittler aus korrosionsbeständigen Legierungen werden damit sehr teuer. Ein Ansatz zur Reduktion des Materialaufwands besteht – wie in 5 gezeigt – darin, anstelle eines massiven Tubus ein vergleichsweise dünnwandiges Tubusrohr 204 an dem Flansch 202 zu verschweißen, wobei der hydraulische Pfad zwischen der Trennmemran 210 und der Rückseite des Flansches 202 dann mittels einer Kapillarleitung 220 durch das Tubusrohr geführt ist. Die Kapillarleitung ist dann einerseits mit dem Flansch 202 und andererseits mit einer dann vorzusehenden vorderen Endplatte des Tubus, welche die Trennmembran 210 trägt, druckdicht zu verbinden. Dieser Ansatz ist mit hohen Fertigungsrisiken behaftet. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Tubusflanschdruckmittler gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1.
Der erfindungsgemäße Tubusflanschdruckmittler umfasst
einen Flansch zum Anschließen des Tubusflanschdruckmittlers an einer von einem Gegenflansch umgebenen rohrförmigen Öffnung eines Behälters oder einer Leitung;
einen Tubus, der an dem Flansch insbesondere koaxial befestigt ist, und der gegenüber der Ebene des Flansches hervorsteht, um in die rohrförmige Öffnung hineinzuragen; einen hydraulischen Pfad, der sich von einer dem Flansch abgewandten ersten Öffnung in einer vorderen Endfläche des Tubus durch den Tubus und durch den Flansch zu einer zweiten Öffnung in der dem Tubus abgewandten rückseitigen Endfläche des Flansches erstreckt; und
eine Trennmembran, welche die erste Öffnung überdeckt und unter Bildung einer Druckkammer zwischen der Trennmembran und der vorderen Endfläche des Tubus entlang mindestens eines umlaufenden Randes mit der vorderen Endfläche des Tubus druckdicht verbunden ist, wobei die Druckkammer und der hydraulische Pfad mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt sind, um einen an der Trennmembran anstehenden Druck zu der zweiten Öffnung zu übertragen,
wobei erfindungsgemäß
der Tubus mindestens einen formsteifen vorderen Abschnitt mit einem ersten mittleren Durchmesser und einen formsteifen Zwischenabschnitt mit einem zweiten mittleren Durchmesser aufweist,
wobei die erste Endfläche durch eine Stirnfläche des vorderen Abschnitts gebildet ist,
wobei der erste mittlere Durchmesser größer ist als der zweite mittlere Durchmesser,
wobei der Zwischenabschnitt zwischen dem vorderen Abschnitt und dem Flansch angeordnet ist,
wobei der vordere Abschnitt eine erste axiale Länge aufweist, und der Zwischenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, wobei die erste axiale Länge kleiner ist als die zweite axiale Länge.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der vordere Abschnitt eine Mantelfläche, welche mindestens eine Dichtfläche aufweist, um den vorderen Abschnitt radial gegen eine rohrförmige Öffnung abzudichten.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst die Dichtfläche eine ringförmige umlaufende Vertiefung auf um einen umlaufenden Dichtring zumindest anteilig axial zu führen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste axiale Länge kleiner als der erste axiale Durchmesser.
In einer Weiterbildung der Erfindung beträgt die zweite axiale Länge mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Vierfache, und bevorzugt mindestens das Sechsfache des ersten Durchmessers.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der hydraulische Pfad eine insbesondere durchgehende Bohrung durch den vorderen Abschnitt und den Zwischenabschnitt mit einem Durchmesser von nicht mehr als 2 mm insbesondere nicht mehr als 1 mm, bevorzugt nicht mehr als 0,5 mm.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Bohrung mittels Funkenerosion oder mittels Wasserstrahlbohren gefertigt.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Flanschdruckmittler korrosionsbeständige metallische Werkstoffe auf, insbesondere Edelstähle wie 1.4403 oder 1.4404, Hastalloy, Monel, oder Tantal. Die Werkstoffe Hastalloy, Monel, oder Tantal werden gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Plattierung auf einer Edelstahlbasis aufgebracht, wobei insbesondere und ggf ausschließlich die medienberührenden Bereiche der Oberflächen des Flanschdruckmittlers, mit einer solchen Plattierung zu versehen sind. Die Trennmembran kann insbesondere Folien aus den genannten Werkstoffen in einer Stärke von beispielsweise nicht mehr als 100 μm insbesondere nicht mehr als 50 μm aufweisen.
In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der vordere Abschnitt des Tubus Hastalloy, Monel, oder Tantal, während der Zwischenabschnitt ausschließlich Edelstahl aufweist.
Die erfindungsgemäße Druckmessanordnung umfasst einen erfindungsgemäßen Tubusflanschdruckmittler und einen Druckmessumformer mit einem Drucksensor, wobei der Druckmessumformer an dem Flansch befestigt ist, um den Drucksensor mit dem an der zweiten Öffnung anstehenden Druck zu beaufschlagen.
Die erfindungsgemäße Druckmessstelle umfasst eine erfindungsgemäße Druckmessanordnung und eine Prozessanlage mit einer rohrförmigen Prozessöffnung und einem Gegenflansch um die Prozessöffnung, wobei der Flansch des Tubusflanschdruckmittler an dem Gegenflansch befestigt ist so dass der Tubusflanschdruckmittler in die rohrförmige Öffnung hineinragt.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Druckmessstelle mündet die rohrförmige Öffnung in eine Leitung oder einen Behälter, wobei die Trennmembran eine mittlere Ebene aufweist, die nicht mehr als einen Durchmesser der Öffnung, vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte eines Durchmessers und besonders bevorzugt nicht mehr als ein Viertel eines Durchmessers, von einem Schnittpunkt zwischen der Mittelachse der Öffnung mit einer durch den Rand der Öffnung im Bereich der Mündung in die Leitung oder den Behälter aufgespannten Fläche beabstandet ist.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Druckmessstelle ist der vordere Abschnitt gegen die Wand der Öffnung radial abgedichtet.
In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Druckmessstelle erfolgt die radiale Abdichtung durch einen elastischen O-Ring der zwischen der Mantelfläche und der Wand der rohrförmigen Öffnung radial eingespannt ist.
Die Erfindung wird nun anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt:
1: eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tubusflanschdruckmittlers;
2: einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Tubusflanschdruckmittlers;
3: einen schematischen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Druckmessstelle;
4: ein erstes Beispiel eines Tubusflanschdruckmittlers nach dem Stand der Technik; und
5: ein zweites Beispiel eines Tubusflanschdruckmittlers nach dem Stand der Technik.
Der in 1 und 2 gezeigte Tubusflanschdruckmittler 1 umfasst einen einen metallischen Flansch 2. Von dem Flansch 2 erstreckt sich koaxial ein Tubus 3. Der Tubus 3 umfasst einen formsteifen Zwischenabschnitt 4 und einen formsteifen vorderen Abschnitt 6 wobei der Durchmesser des Zwischenabschnitts erheblich geringer ist, als der Durchmesser des vorderen Abschnitts 6. Andererseits ist die axiale Länge des vorderen Abschnitts 6 erheblich geringer als die axiale Länge des Zwischenabschnitts. Eine Stirnfläche 8 des vorderen Abschnitts 6 weist eine Trennmembran 10, die mit einem zu erfassenden Druck beaufschlagbar ist.
Die Trennmembran 10, der Flansch 2, der vordere Abschnitt 6 und der Zwischenabschnitt 4 weisen einen korrosionsbeständigen Werkstoff auf, insbesondere Edelstahl.
Zum Anschließen des Tubusflanschdruckmittlers an einen Gegenflansch, ist der Tubusflanschdruckmittler mit dem Tubus 3 voran in eine Öffnung eines Behälters oder einer Rohrleitung einzusetzen, so. dass eine tubusseitige Oberfläche 12 des Flansches an einer komplementären Gegenfläche der Flanschöffnung oder an einer zwischenliegenden Dichtung anliegt.
Der vordere Abschnitt 6 weist im wesentlichen eine zumindest abschnittsweise zylindrische Form auf, wobei in einer Mantelfläche 14 des vorderen Abschnitts eine umlaufende Nut 16 als Dichtungssitz für einen Dichtring, beispielsweise einen Elastomerring präpariert ist. Mit einem solchen Dichtring kann der vordere Abschnitt 6 des Tubus 3 radial gegen eine rohrförmige Öffnung abgedichtet werden. Die Dichtung kann ggf. drucktragend sein.
Durch den Tubusflanschdruckmittler erstreckt sich von einer Druckkammer 18, die an der Stirnseite des vorderen Abschnitts 6 zwischen der Stirnfläche 8 und der Trennmembran 10 gebildet ist, eine Bohrung 20 bis zu einer rückseitigen Oberfläche 22 des Flansches 2. Die Bohrung 20 weist einen möglichst geringen Durchmesser auf, um das erforderliche Volumen einer Übertragungsflüssigkeit, mit dem die Druckkammer und die Bohrung zu füllen sind, zu minimieren. Geeignete Durchmesser betragen insbesondere weniger als 1,5 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm.
3 zeigt ein Beispiel einer erfindungsgemäße Druckmessstelle, hier einer an einen Behälter 40 angeschlossenen Druckmessanordnung, wobei die Druckmessanordnung einen erfindungsgemäßen Tubusflanschdruckmittler 1 und einen Druckmessumformer 24 umfasst, der an dem Flansch 2 des montiert ist, um den durch die Bohrung 22 übertragenen Druck zu erfassen und einen diesen repräsentierenden Messwert bereitzustellen.
Der Tubusflanschdruckmittler 1 ist mit dem vorderen Abschnitt 6 voran in eine Behälteröffnung des Behälters 40 eingesetzt, wobei die Trennmembran 10 an der Stirnfläche des vorderen Abschnitts 6 im wesentlichen frontbündig mit einer Behälterwand 42 in der Umgebung der Behälteröffnung angeordnet ist. Die Behälteröffnung umfasst ein Öffnungsrohr 44, wobei das Öffnungsrohr 44 an einer ersten Stirnseite mit der Behälterwand 42 und an einer anderen Stirnseite mit einem Anschlussflansch 46 verschweißt ist. Der Flansch 2 des Tubusflanschdruckmittlers 1 ist an dem Anschlussflansch 46 mit Bolzen verschraubt. Ggf. ist eine Dichelement zwischen den beiden Flanschen eingespannt, um eine druckdichte Prozessdichtung zu erreichen. In einem Ringspalt zwischen einer Mantelfläche des vorderen Abschnitts 6 und der Wand des Öffnungsrohrs 44 ist ein elastischer O-Ring 30 radial eingespannt um ein Totvolumen, welches zwischen dem vorderen Abschnitt 6 und dem Flansch 2 verbleibt, gegenüber dem Innenraum des Behälters 40 abzudichten. Der Behälter 40 kann beispielsweise ein Wärmeschutzbehälter mit einer außenseitig angeordneten Isolierschicht 48 sein, durch welche der Tubusflanschdruckmittler 1 verläuft.

Claims

Tubusflanschdruckmittler (1), umfassend einen Flansch (2) zum Anschließen des Tubusflanschdruckmittlers an einer von einem Gegenflansch umgebenen rohrförmigen Öffnung eines Behälters oder einer Leitung; einen Tubus (3), der an dem Flansch insbesondere koaxial befestigt ist, und der gegenüber der Ebene des Flansches hervorsteht, um in die rohrförmige Öffnung hineinzuragen; einen hydraulischen Pfad (20), der sich von einer dem Flansch abgewandten ersten Öffnung in einer vorderen Endfläche (8) des Tubus (3) durch den Tubus und durch den Flansch zu einer zweiten Öffnung in der dem Tubus abgewandten rückseitigen Endfläche (22) des Flansches (2) erstreckt; und eine Trennmembran (10), welche die erste Öffnung überdeckt und unter Bildung einer Druckkammer zwischen der Trennmembran und der vorderen Endfläche des Tubus entlang mindestens eines umlaufenden Randes mit der vorderen Endfläche des Tubus druckdicht verbunden ist, wobei die Druckkammer und der hydraulische Pfad mit einer Übertragungsflüssigkeit gefüllt oder befüllbar sind, um einen an der Trennmembran anstehenden Druck zu der zweiten Öffnung zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, dass der Tubus (3) mindestens einen formsteifen vorderen Abschnitt (6) mit einem ersten mittleren Durchmesser und einen formsteifen Zwischenabschnitt (4) mit einem zweiten mittleren Durchmesser aufweist, wobei die erste Endfläche durch eine Stirnfläche (8) des vorderen Abschnitts (6) gebildet ist, wobei der erste mittlere Durchmesser größer ist als der zweite mittlere Durchmesser, wobei der Zwischenabschnitt (4) zwischen dem vorderen Abschnitt (6) und dem Flansch (2) angeordnet ist, wobei der vordere Abschnitt eine erste axiale Länge aufweist, und der Zwischenabschnitt eine zweite axiale Länge aufweist, wobei die erste axiale Länge kleiner ist als die zweite axiale Länge.
Tubusflanschdruckmittler nach Anspruch 1, wobei der vordere Abschnitt eine Mantelfläche umfasst, welche mindestens eine Dichtfläche aufweist, um den vorderen Abschnitt radial gegen eine rohrförmige Öffnung abzudichten.
Tubusflanschdruckmittler nach Anspruch 2, wobei die Dichtfläche eine ringförmige umlaufende Vertiefung aufweist um einen umlaufenden Dichtring zumindest anteilig axial zu führen.
Tubusflanschdruckmittler nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die erste axiale Länge kleiner ist als der erste axiale Durchmesser.
Tubusflanschdruckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite axiale Länge mindestens das Doppelte, insbesondere mindestens das Vierfache, und bevorzugt mindestens das Sechsfache des ersten Durchmessers beträgt.
Tubusflanschdruckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der hydraulische Pfad eine insbesondere durchgehende Bohrung durch den vorderen Abschnitt und den Zwischenabschnitt mit einem Durchmesser von nicht mehr als 2 mm, insbesondere nicht mehr als 1 mm und bevorzugt nicht mehr als 0,5 mm umfasst.
Tubusflanschdruckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Bohrung mittels Funkenerosion oder mittels Wasserstrahlbohren gefertigt.
Druckmessanordnung, umfassend: einen erfindungsgemäßen Tubusflanschdruckmittler nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einen Druckmessumformer mit einem Drucksensor, wobei der Druckmessumformer an dem Flansch befestigt ist, und der Drucksensor mit dem an der zweiten Öffnung anstehenden Druck beaufschlagbar ist.
Druckmessstelle, umfassend eine Druckmessanordnung nach Anspruch 8, und eine Leitung oder einen Behälter mit einer rohrförmigen Prozessöffnung und einem Gegenflansch um die Prozessöffnung, wobei der Flansch des Tubusflanschdruckmittler an dem Gegenflansch befestigt ist so dass der Tubusflanschdruckmittler in die rohrförmige Öffnung hineinragt.
Druckmessstelle nach Anspruch 9, wobei die Trennmembran eine mittlere Ebene aufweist, die nicht mehr als einen Durchmesser der Öffnung, vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte eines Durchmessers, weiter bevorzugt nicht mehr als ein Viertel eines Durchmessers, von einem Schnittpunkt zwischen der Mittelachse der Öffnung mit einer durch den Rand der Öffnung im Bereich der Mündung in die Leitung oder den Behälter aufgespannten Fläche beabstandet ist, und besonders bevorzugt die Fläche berührt.
Druckmessstelle nach Anspruch 9 oder 10, wobei der vordere Abschnitt des Tubus gegen die Wand der Öffnung radial abgedichtet ist.
Druckmessstelle nach Anspruch 11, wobei die radiale Abdichtung durch einen elastischen O-Ring, der zwischen der Mantelfläche und der Wand der rohrförmigen Öffnung radial eingespannt ist, erfolgt.