专利名称：测定介质容器中的液位的方法
技术领域：
本发明涉及用于测定介质容器中的液位的方法、液位測量装置的相应的用途以及具有相应的液位測量装置的设备。
背景技术：
尽管以下对本发明的描述主要涉及液化装置的分离器中液氮或液氖的液位測量，但是需要强调的是所推荐的措施并非仅限于此，而是可以应用于一系列其中应当測定接近或高于其临界点的介质的液位的装置中。众所周知，物质的临界点P。是指液相和气相的密度相适应从而在这两个聚集态之间无法确定差异的热力学状态。在相图中该点表示蒸汽压カ曲线的上端。測量接近或高于临界点的低温液体的液位特别困难，因为无法充分地在物理上区分聚集态。·图I所示为ー种通常用于在使用冲洗气鼓泡的条件下利用流体静力学測量法测定介质液位的系统。利用所图示的测量装置100可以测定第一介质I的液位I'，该第一介质在图I中仅示意性显示的介质容器10中被第二介质2覆盖。为此设置第一(+)測量管路110和第ニ(_)測量管路120，确定它们之间的压カ差。由于介质容器10中的物理条件，无法将用于测量压カ的压カ变送器直接布置在第一介质I中。因此给第一測量管路110配备有用于使冲洗气在此情况下例如是氦气进行鼓泡的装置130。以此方式可以在第一(+)測量管路110中形成气垫，并且在通入介质容器10中或者存在于此的第一介质I中略微鼓泡的情况下由相应的压力得出液位I'。对于与非临界范围相关联的第二(_)測量管路120，通常不需要进行鼓泡。在测量管路110和120中，在各个测量装置(未示出)上游设置有相应的阀111和121。用于氦气鼓泡的装置130共包括一系列其他的机械组件131至136，其中有一系列的阀门。由于其数量导致错误安装的危险或者在运行中错误操作的危险。所图示的液位测定系统无法在压カ波动的情况下进行适配，这是因为没有显示，在主要的物理条件下不存在相界面，或者由于氦流量过高而显示错误。因此在系统压カ改变吋，需要进行各自的手动适配，这增大了所述的错误操作的危险。氦气鼓泡的另ー个缺点在于，若通入低温液体中进行鼓泡的氦气的品质不够高，或者空气通过泄漏点进入相应的氦管路中，这尤其是可以在低温范围内引起冻结及完全堵塞相应的测量管路110。在此情况下，需要充分加热相应的測量装置，这将导致可用性减小。总之对于此类測量系统而言，需要建立完整的氦气系统，并且对密封性和所用氦气的纯度提出高的要求。因此，传统的液位測量法被证明是复杂、成本高并且容易发生故障的。因此，需要改进液位測量法，尤其是用于低温技术应用
发明内容
在此背景下，本发明建议用于測定介质容器中的液位的方法、液位測量装置的相应用途以及具有相应的液位測量装置的设备。优选的实施方案是各个从属权利要求的主题以及以下说明。本发明的优点根据本发明的方法包括測定第一介质的液位，所述第一介质在介质容器中被第二介质覆盖，其中所述第一介质接近或高于其临界点并且具有第一介电常数，所述第二介质以亚临界状态存在于气相中并且具有第二介电常数，其中利用电容测量装置測定第一介质的液位。电容测量原理的应用本身是已知的。本申请的申请人现在令人惊奇地发现,也特别优选将相应的电容测量原理用于测定接近或高于其临界点的介质的液位。众所周知，在相应的电容液位測量法的范畴内使用长形的測量电极，将该电极浸入待测介质中，并且根 据介质的液位被介质覆盖。在此，液位测量的原理是基于通过测量电极、对应电极以及部分地通过该介质形成的电容器在液位改变时所发生的电容变化。在此,对应电极是通过介质容器壁或者分别提供的參比电极形成的。众所周知，临界点P。的特征在于三个状态变量，即临界温度T。、临界压力P。和临界密度P。或临界摩尔体积Vm,。。在此若在本申请的范畴内提及“接近其临界点”的介质，则应理解为该介质的温度T是临界温度的至少80 %，尤其是至少90 %，和/或压カp是临界压カ的至少80 %，尤其是至少90%。密度P或临界摩尔体积Vni可以是相应的临界值的至少80%，尤其是至少90%。高于其临界点的介质的相应的温度T是临界温度的至少100 %，尤其是至少110%，和/或压カP是临界压カ的至少100%，尤其是至少110%。密度P或临界摩尔体积Vm可以是各自临界值的至少100%，尤其是至少110%。尤其是对于这些状态变量，优选可以采用根据本发明的方法，因为对于这些值无法或者只能在大幅增加设备复杂性的情况下才能实现传统的液位測量，例如利用之前所述的氦气鼓泡法。第一介质在第一情况下优选含有至少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，或者在第二情况下含有至少90重量％，尤其是至少95重量1^的液氖以及0至5重量％的氦，其压カ在25与35巴之间，优选在29与31巴之间。第ニ介质在第一1清况下优选含有70至80重量％的氖、15至25重量％的氦以及0至5重量％的氮，或者在第二情况下含有85至95重量％的氦以及5至15重量％的氖。因此，特别优选将该方法用于具有相应的氮分离器的氖液化设备中，所述氮分离器在塔顶具有所述类型的气体组成，尤其是约76重量％的氖、22重量％的氦以及I重量％的氮，并且在塔底具有约88重量％的液氮。所述介质在此类分离器中通常处于约30巴的压カ和66K的温度下。在此，液氮接近其临界点。本发明的另ー个应用领域是在相应的设备的氖分离器中測量液位，所述氖分离器在塔顶具有约90重量％的氦以及约10重量％的氖的气体组成，以及在塔底具有约98重量％的氖和2重量％的氦。所述介质在此类分离器中通常处于同样约为30巴的压カ但仅为26K的温度下。下表给出在原料流(Feed)中以及在相应的分离器的塔顶和塔底中的示例性測量值。在此，无单位的数据是指重量分数(重量％)。体积流量是以标准立方米每小时的形式给出。氮分离器
权利要求
1.用于测定第一介质(I)的液位(P)的方法，所述第一介质在介质容器(10)中被第二介质(2)覆盖，其中所述第一介质(I)接近或高于其临界点并且具有第一介电常数，所述第二介质(2)存在于气相中并且具有第二介电常数，其特征在于，利用电容测量装置(20)测定第一介质的液位(I' ) O
2.根据权利要求I的方法，其中所述第一介质(I)的温度是其临界温度的至少80%，尤其是至少90 %，其压力是其临界压力的至少80 %，尤其是至少90 %。
3.根据权利要求I的方法，其中所述第一介质(I)的温度是其临界温度的至少100%，尤其是至少110%，其压力是其临界压力的至少100%，尤其是至少110%。
4.根据前述权利要求之一的方法，其中所述第一介质(I)含有至少80重量％，尤其是至少85重量％的液氮,所述第二介质(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，其压力在25与35巴之间，优选在29与31巴之间。
5.根据权利要求I至3之一的方法，其中所述第一介质含有至少90重量％，尤其是至少95重量％的液氖，所述第二介质含有85至95重量％的氦以及5至15%的氖，其压力在25与35巴之间，优选在29与31巴之间。
6.根据前述权利要求之一的方法，其中所述第一介电常数相对于所述第一介电常数偏差至少10%，尤其是至少20%。
7.根据前述权利要求之一的方法，其中使用具有测量电极(21)和参比电极(22)的电容液位测量装置(20)。
8.根据权利要求6的方法，其中使用电容液位测量装置(20)，所述电容液位测量装置具有作为测量杆构成的测量电极(21)和作为测量管构成的以同轴方式包围测量杆的参比电极(22)。
9.电容测量装置(20)在根据前述权利要求之一的方法中的用途。
10.设备(300)，尤其是氖液化设备，包括至少一个装有第一介质(I)的介质容器(10，321)，所述第一介质在介质容器(10，321)中被第二介质(2)覆盖，其中所述第一介质(I)接近或高于其临界点并且具有第一介电常数，所述第二介质(2)存在于气相中并且具有第二介电常数，其特征在于，提供电容测量装置(20)以测定第一介质的液位(I')。
全文摘要
本发明涉及用于测定第一介质(1)的液位的方法，所述第一介质在介质容器(10，321)中被第二介质(2)覆盖，其中所述第一介质(1)接近或高于其临界点并且具有第一介电常数，所述第二介质(2)存在于气相中并且具有第二介电常数。建议利用电容测量装置(20)测定第一介质的液位。
文档编号G01F23/26GK102853878SQ20121025334
公开日2013年1月2日 申请日期2012年6月29日 优先权日2011年6月30日
发明者C·孔茨, R·弗吕根, R·艾歇尔曼 申请人:林德股份公司