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EP 0 898 112 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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05.11.2003 Patentblatt 2003/45 |
(22) |
Anmeldetag: 15.08.1997 |
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Rohrleitungssystem zur gesteuerten Verteilung eines strömenden Mediums sowie Verfahren
zum Betrieb eines solchen Rohrleitungssystems
Pipeline system for the controlled distribution of a fluid and method for the operation
of such a system
Système de conduites pour la distribution réglée d'un fluide et procédé pour faire
fonctionner un tel système
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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DE GB |
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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24.02.1999 Patentblatt 1999/08 |
(73) |
Patentinhaber: ALSTOM (Switzerland) Ltd |
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5401 Baden (CH) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Hepner, Stephan, Dr.
5628 Althäusern (CH)
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(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 576 819 US-A- 4 662 798 US-A- 5 583 302
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EP-A- 0 669 287 US-A- 4 839 571
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohrleitungssystem zur Verteilung eines strömenden
Mediums, umfassend eine Hauptleitung, welche sich an einem Verzweigungspunkt in eine
Mehrzahl von Zweigleitungen verzweigt, in jeder der Zweigleitungen eine veränderbare
Drosselstelle, mit welcher der Massenstrom in jeder der Zweigleitungen einstellbar
ist, sowie zu jeder Drosselstelle eine erste Druckmesseinrichtung, mit welcher der
Druckabfall des strömenden Mediums an der jeweiligen Drosselstelle gemessen wird.
[0002] Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Rohrleitungssystems.
STAND DER TECHNIK
[0003] In der Kraftwerkstechnik oder auch anderen Anwendungsgebieten besteht häufig die
Aufgabe, eine Vielzahl von Verbrauchern mit einem Massenstrom eines kompressiblen
oder inkompressiblen Mediums (z.B. Kühlwasser, Dampf, Oel oder dgl.) zu versorgen.
Das dazu verwendet Versorgungssystem besteht typischerweise aus einem Netz von Rohrleitungen,
welches sich durch Verzweigungspunkte (Knotenpunkte) auszeichnet, an denen sich eine
Hauptleitung (ein Hauptstrom des Mediums) in zwei oder mehr Zweigleitungen (Zweigströme)
verzweigt, welche zu den einzelnen Verbrauchern oder Gruppen von Verbrauchern führen.
In vielen Fällen ist es dabei notwendig, dass der Massenstrom in jeder einzelnen Zweigleitung
gemäss den Anforderungen des oder der Verbraucher(s) gesteuert wird. Dazu kann beispielsweise
in der Zweigleitung ein Steuerventil angeordnet sein, dessen Hub so eingestellt ist,
dass der gewünschte Massenstrom durch das Ventil hindurchströmt.
[0004] Eine einfacher Art und Weise, den Massenstrom des Mediums durch ein Steuerventil
zu steuern, besteht darin, den Ventilhub zu berechnen, der zur Verwirklichung des
vorgegebenen Massenstroms benötigt wird. Die Berechnung des Ventilhubes basiert typischerweise
auf dem am Steuerventil gemessenen Druckverlust (Druckabfall), der Charakteristik
des Ventils und den Eigenschaften des Mediums. Im einfachsten Fall ergibt sich dann
(z.B. für das Brennstoffversorgungssystem einer industriellen Gasturbine) ein Rohrleitungssystem,
wie es in Fig. 1 wiedergegeben ist. Im Rohrleitungssystem 10 der Fig. 1 verzweigt
sich eine Hauptleitung 11 an einem Verzweigungspunkt 12 in (beispielsweise) drei Zweigleitungen
13, 14 und 15. In jeder der Zweigleitungen 13, 14, 15 ist ein Ventil V1 bzw. V2 bzw.
V3 vorgesehen, mittels dessen der Massenfluss durch die jeweilige Zweigleitung eingestellt
(gesteuert) werden kann. Parallel zum Ventil V1, V2, V3 ist jeweils eine Druckmesseinrichtung
PM1 bzw. PM2 bzw. PM3 angeordnet, die den Druckabfall am Ventil misst.
[0005] Wird der Ventilhub der Ventile V1,..,V3 mit h bezeichnet, so ist h einen Funktion
der Ventilcharakteristik K
V, nämlich
[0006] Für ein kompressibles Medium (z.B. das Brenngas für die Gasturbine) ergibt sich die
Grösse K
V für unterkritische Strömungsverhältnisse zu
mit der Konstante α, dem Massenstrom dm/dt, dem Druck p
M und der Temperatur T
M am Verzweigungspunkt 12 bzw. in der Hauptleitung 11, und dem Druckabfall Δp am Ventil.
Für einen vorgegebenen Massenstrom dm/dt lässt sich die Grösse K
V aufgrund der gemessenen Grössen T
M, p
M und Δp nach Gleichung (2) bestimmen. Aus der vorgegebenen Ventilcharakteristik K
V(h) kann daraus der Ventilhub berechnet werden. Eine vergleichbare Bestimmung kann
auch für inkompressible Medien durchgeführt werden.
[0007] Die wichtigste Grösse für die Berechnung des Ventilhubes ist der an den Ventilen
V1,..,V3 gemessene Druckabfall. Wenn diese Messung fehlerhaft wird, führt dies zu
einem nicht akzeptierbaren Ausfall des Versorgungssystem (und im Fall einer Gasturbine
zu einer Schnellabschaltung) oder sogar (z.B. im Fall eines Kühlwassersystems) zu
einem Sicherheitsrisiko. Es ist daher in vielen Fällen wünschenswert, die Messung
des Druckabfalls an den Ventilen V1,..,V3 redundant auszuführen, so dass ein Fehler
bei einer einzelnen Messung des Druckabfalls Δp den fortlaufenden, sicheren Betrieb
der Anlage nicht berührt oder beeinträchtigt (Verfügbarkeits-Erfordernis bzw. Availability
Requirement AR).
[0008] Der Zweck eines Redundanz-Konzeptes ist ein zweifacher: (1) Das Auftreten eines Messfehlers
soll erkannt und die fehlerhafte Messeinrichtung bzw. der fehlerhafte Messkanal sollen
identifiziert werden. (2) Die (nicht) brauchbaren Messwerte sollen durch redundant
ermittelte Messwerte ersetzt werden.
[0009] Es sind dabei zwei grundsätzliche Fehlerarten zu berücksichtigen:
[0010] Gemeldete Fehler (Notified Failure NF): Diese Fehlerart umfasst alle Fehler, die vom Sender oder einer anderen I/O-Einrichtung
durch ein Bad-Data-Quality(BDQ)-Signal an das Steuerungssystem gemeldet werden. Aufgrund
des BDQ-Signals weiss das Steuerungssystem, welche Δp-Messung fehlerhaft ist. Dies
passiert typischerweise, wenn eine Messleitung unterbrochen ist oder ein Fehler in
einer Komponente in der Messkette auftritt.
[0011] Drift in der Messung: Diese Fehlerart beschreibt die schleichende Verschlechterung des Messignals, so dass
die übertragene Information nicht länger eine gültige Messung des Druckabfalls ist.
Sie kann nicht detektiert werden und wird dementsprechend auch nicht an das Steuerungssystem
gemeldet. Es müssen daher andere Wege beschritten werden, um diese Fehlerart zu handhaben.
[0012] Die redundante Messung des Druckabfalls kann gemäss Fig. 2 mit einer zweifachen Redundanz
durchgeführt werden. Im Fall der zweifachen Redundanz ist pro Ventil neben der bereits
vorhandenen Druckmesseinrichtung PM1,..,PM3 jeweils eine zweite Druckmesseinrichtung
PM4,..,PM6 parallel angeordnet. Ist eine der beiden Druckmessungen (pro Ventil) fehlerhaft,
kann auf die andere Druckmessung umgeschaltet werden. Dies ist jedoch nur möglich
für gemeldete Fehler, bei denen die fehlerhafte Messung durch das BDQ-Signal detektiert
werden kann. Eine Drift der Messung dagegen kann durch die zweifache Redundanz nicht
beherrscht werden, weil bei nur zwei unabhängigen Messungen pro Ventil nicht entschieden
werden kann, welche der beiden Messungen gestört ist (bzw. driftet).
[0013] Zur Ueberwindung dieses Problems kann die redundante Messung des Druckabfalls gemäss
Fig. 3 mit einer dreifachen Redundanz durchgeführt werden. Im Fall der dreifachen
Redundanz ist pro Ventil neben der bereits vorhandenen Druckmesseinrichtung PM1,..,PM3
jeweils eine zweite Druckmesseinrichtung PM4,..,PM6 und eine dritte Druckmesseinrichtung
PM7,..,PM9 parallel angeordnet. Zur Bestimmung der fehlerhaften Messung bei einer
Drift wird das 2-aus-3-Wahl-Prinzip angewendet. Beim 2-aus-3-Wahl-Prinzip wird angenommen,
dass, wenn 2 von 3 Messkanälen dieselben Messwerte liefern, diese Messkanäle fehlerfrei
arbeiten, während der dritte Messkanal fehlerbehaftet ist.
[0014] Sowohl bei der in Fig. 2 dargestellten zweifachen Redundanz als auch insbesondere
bei der in Fig. 3 dargestellten dreifachen Redundanz ergibt sich der Nachteil, dass
sehr viele unabhängige Druckmesseinrichtungen PM1,..,PM6 bzw. PM1,..,PM9 eingesetzt
werden müssen, was insbesondere bei der dreifachen Redundanz mit 3 Druckmesseinrichtungen
pro Zweigleitung zu einem erheblichen Aufwand führt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
[0015] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Rohrleitungssystem der eingangs genannten Art
dahingehend zu verbessern, dass eine erhöhte Fehlertoleranz bei vergleichsweise geringem
Zusatzaufwand bei der Messwerterfassung erreicht wird.
[0016] Die Aufgabe wird bei einem Rohrleitungssystem der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, dass zum Erreichen einer Redundanz in der Druckmessung zumindest zwischen
zwei der Zweigleitungen in Strömungsrichtung hinter den Drosselstellen eine zweite
Druckmesseinrichtung zur Messung des Differenzdruckes zwischen den jeweiligen Zweigleitungen
angeordnet ist. Durch das Hinzufügen der zweiten Druckmesseinrichtung in der angegebenen
Weise wird für die Messung des Druckabfalls an den Drosselstellen der beiden betroffenen
Zweigleitungen eine zweifache Redundanz erreicht. Die drei Druckmesseinrichtungen
messen die Differenzen zwischen insgesamt drei Drücken (dem Druck in der Hauptleitung
und den Drücken in den beiden Zweigleitungen hinter den Drosselstellen), wobei jeder
der drei Drücke jeweils von zwei Druckmesseinrichtungen als Referenzwert genommen
wird. Bei einer fehlerfreien Messung sind daher die drei Messwerte der drei Druckmesseinrichtungen
linear abhängig: die Summe der Messwerte muss (bei richtiger Wahl der Vorzeichen)
gleich Null sein. Jeder Druckmesswert für eine Zweigleitung lässt sich daher auf zwei
verschiedene Weisen (zweifach redundant) ermitteln: Einmal als direkter Messwert der
zugehörigen ersten Druckmesseinrichtung, und zum anderen aus der Summe der Messwerte
der beiden anderen Druckmesseinrichtungen. Durch die Erfindung lässt sich so mit drei
Druckmesseinrichtungen für zwei Zweigleitungen eine zweifache Redundanz verwirklichen,
während bei Anwendung des Schemas aus Fig. 2 vier Druckmesseinrichtungen nötig wären.
[0017] Soll die zweifache Redundanz für alle Zweigleitungen verwirklicht werden, ist gemäss
einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwischen jeder Zweigleitung
und je einer anderen Zweigleitung eine zweite Druckmesseinrichtung zur Messung des
Differenzdruckes zwischen den jeweiligen Zweigleitungen angeordnet. Bei n Zweigleitungen
werden so n-1 Druckmesseinrichtungen benötigt.
[0018] Noch deutlicher wird die Einsparung, wenn mit dem Prinzip der Erfindung die dreifache
Redundanz erzielt werden soll. Gemäss einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass zwischen jeder Zweigleitung und je zwei
weiteren Zweigleitungen jeweils eine zweite Druckmesseinrichtung zur Messung des Differenzdruckes
zwischen den jeweiligen Zweigleitungen angeordnet ist.
[0019] Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb des Rohrleitungssystems zeichnet sich
dadurch aus, dass für jedes Paar von Zweigleitungen die zugehörigen ersten Druckmesseinrichtungen
und die zwischen dem Paar von Zweigleitungen angeordnete zweite Druckmesseinrichtung
jeweils zu einer Gruppe zusammengefasst werden, wobei bei ordnungsgemässer Funktion
der Druckmesseinrichtungen für jede Gruppe von Druckmesseinrichtungen die Summe der
Druckmesswerte gleich Null ist, und dass, wenn innerhalb einer Gruppe eine der ersten
Druckmesseinrichtungen ausfällt, der zugehörige Druckmesswert aus den Druckmesswerten
der beiden anderen Druckmesseinrichtungen der Gruppe bestimmt wird.
[0020] Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch
aus, dass jede erste Druckmesseinrichtung jeweils in zwei Gruppen von Druckmesseinrichungen
vertreten ist, und dass die Druckmesswerte aus der ersten Druckmesseinrichtung als
fehlerhaft behandelt werden, wenn die aus den beiden anderen Druckmesseinrichtungen
jeder der beiden Gruppen bestimmten zugehörigen Druckmesswerte untereinander, jedoch
nicht mit den von der ersten Druckmesseinrichtung abgegebenen Druckmesswerten übereinstimmen.
[0021] Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
[0022] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit
der Zeichnung näher erläutert werden.
Es zeigen
- Fig. 1
- ein Rohrleitungssystem mit drei Zweigleitungen nach dem Stand der Technik mit einer
Druckmesseinrichtung pro Drosselstelle (Ventil);
- Fig. 2
- das System aus Fig. 1 mit zwei Druckmesseinrichtungen pro Drosselstelle (Ventil) zum
Erreichen einer zweifachen Redundanz;
- Fig. 3
- das System aus Fig. 1 mit drei Druckmesseinrichtungen pro Drosselstelle (Ventil) zum
Erreichen einer dreifachen Redundanz; und
- Fig. 4
- ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches ein Rohrleitungssystem
gemäss Fig. 1 zugrunde legt und im Unterschied zu Fig. 3 die dreifache Redundanz durch
(wenige) zusätzliche Druckmesseinrichtungen zwischen den Zweigleitungen erreicht.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
[0023] In Fig. 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Rohrleitungssystems
wiedergegeben, welches bei einer Hauptleitung und drei Zweigleitungen die dreifache
Redundanz mit nur drei zusätzlichen Druckmesseinrichtungen ermöglicht. Das Rohrleitungssystem
10 umfasst eine Hauptleitung 11, welche sich am Verzweigungspunkt 12 in die drei Zweigleitungen
13, 14 und 15 verzweigt. In jeder der Zweigleitungen ist als steuerbare Drosselstelle
ein Ventil V1, V2 und V3 eingebaut. Der Druckabfall (Druckverlust) an den Ventilen
V1, V2, V3 wird zunächst direkt durch eine parallel zum Ventil angeordnete erste Druckmesseinrichtung
PM1 bzw. PM2 bzw. PM3 gemessen. Dazu können - wie in den Figuren gezeigt - auf beiden
Seiten des Ventils von der Zweigleitung Rohrleitungen zu den Druckmesseinrichtungen
geführt werden. Es ist aber auch genauso gut denkbar, Druckaufnehmer direkt an den
Zweigleitungen vor und hinter dem Ventil anzuordnen und Signalleitungen von den Druckaufnehmern
zu der eigentlichen Druckmesseinrichtung zu führen. Insoweit ist das System aus Fig.
4 direkt vergleichbar mit dem System aus Fig. 1.
[0024] Im Unterschied zu Fig. 1 (und auch Fig. 3) sind im Beispiel der Fig. 4 drei zweite
Druckmesseinrichtungen PM10, PM11 und PM12 vorhanden, die jeweils hinter den Ventilen
V1, V2 und V3 zwischen den Zweigleitungen angeordnet sind und die Druckdifferenz zwischen
jeweils zwei der Zweigleitungen 13, 14 und 15 messen. Die Druckmesseinrichtungen PM1,
PM2 und PM3 messen also den Druckabfall Δp1, Δp2 und Δp3 an den Ventilen V1, V2 und
V2. Die Druckmesseinrichtungen PM10, PM11 und PM12 messen die Differenzdrücke Δp10,
Δp11 und Δp12 zwischen den Zweigleitungspaaren 13/14, 13/15 und 14/15. Da der Druck
vor den Ventilen V1, V2 und V3 in allen Zweigleitungen gleich sein muss, sind die
Differenzdrücke nicht linear unabhängig, sondern müssen (entsprechend der Maschen-
und Knotenregel bei elektrischen Netzwerken) den folgenden Gleichungen genügen:
[0025] Diese Gleichungen definieren Bedingungen (constraints c1 bis c4), aus denen die redundanten
Druckinformationen abgeleitet werden können. So kann z.B. die Druckdifferenz (der
Druckabfall) Δp1 am Ventil V1 in der Zweigleitung 13 auf drei verschiedene Weisen
unabhängig voneinander bestimmt werden, nämlich (i) direkt durch die Druckmesseinrichtung
PM1, (ii) indirekt durch die Druckmesseinrichtungen PM2 und PM10 mit Hilfe der Gleichung
(3), und (iii) indirekt durch die Druckmesseinrichtungen PM3 und PM11 mit Hilfe der
Gleichung (5). Entsprechendes gilt für die Druckabfälle an den anderen Ventilen V2
und V3.
[0026] Solange die Druckmesseinrichtungen und die zugehörigen Kanäle ordnungsgemäss arbeiten,
sind die Gleichungen (3) bis (6) und die damit verbundenen Bedingungen erfüllt, d.h.,
c1=c2=c3=c4=0. Sobald eine Druckmessung fehlerhaft ist, sind ein oder mehrere der
constraints c1 bis c4 ≠ 0 und die damit verbundenen Bedingungen verletzt. Ist beispielsweise
die Druckmessung von Δp1 fehlerhaft, gilt c1 ≠ 0 und c3 ≠ 0. Man kann für die verschiedenen
Fälle, in denen eine fehlerhafte Druckmessungen zur Verletzung bestimmter Bedingungen
führt, die folgende systematische logische Tabelle aufstellen:
Tabelle
Bedingung |
Δp1 |
Δp2 |
Δp3 |
Δp10 |
Δp11 |
Δp12 |
c1 = Δp1 + Δp10 - Δp2 = 0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
c2 = Δp2 + Δp12 - Δp3 = 0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
c3 = Δp3 - Δp11 - Δp1 = 0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
c4 = Δp11 - Δp10 - Δp12 = 0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
[0027] Jede der Bedingungen ci, i = 1,..,4 definiert eine Zeile einer Matrix und jede Druckmessung
Δpj, j = 1,..,3,10,..,12 definiert eine Spalte der Matrix. Für eine fehlerhafte Druckmessung
Δpj ist die Verletzung der Bedingung ci durch ein Matrixelement "1" in der j-ten Spalte
und der i-ten Zeile angezeigt. Nicht verletzte Bedingungen werden entsprechend durch
ein Matrixelement "0" angezeigt. Ist wie im o.g. Beispiel die Messung von Δp1 fehlerhaft,
werden nach der Tabelle die Bedingungen c1 und c3 verletzt (Matrixelemente sind "1").
Die Bedingungen c2 und c4 sind von diesem Fehler nicht betroffen (Matrixelemente sind
"0").
[0028] Die angegebene Tabelle erlaubt es umgekehrt, aus den verletzten Bedingungen auf die
fehlerhafte Druckmessung zu schliessen. Die fehlerhafte Messung kann dann durch Auflösung
der betroffenen Gleichungen aus den anderen Druckmessungen abgeleitet werden.
Beispiel:
[0029] Bei den Messungen stellt sich heraus, dass die Bedingungen c2 und c3 nicht erfüllt
sind (c2 ≠ 0; c3 ≠ 0). Aus der obigen Tabelle kann abgeleitet werden, dass die Druckmessung
von Δp3 fehlerhaft ist (Matrixwert "1" in der zu Δp3 gehörenden Spalte). Der fehlende
Messwert für Δp3 kann nun über Gleichung (4) aus den Messungen von Δp2 und Δp12, oder
über Gleichung (5) aus den Messungen von Δp1 und Δp11 abgeleitet werden.
[0030] Die erläuterte Vorgehensweise ist dann anwendbar, wenn nur eine der Druckmessungen
fehlerhaft ist. Anders liegt der Fall, wenn mehrere (zwei oder mehr) Druckmessungen
gleichzeitig fehlerhaft sind. Die Zuordnung - wie sie oben in Form der Tabelle aufgestellt
worden ist - ist dann nicht länger eindeutig. Es kann zwar (aufgrund einer Verletzung
der Bedingungen c1 bis c4) festgestellt werden, dass fehlerhafte Druckmessungen vorliegen,
es ist jedoch nicht eindeutig bestimmbar, welche der Druckmessungen fehlerhaft sind.
Beispiel:
[0031] Wenn die Bedingungen c1, c2 und c3 verletzt sind (c1 ≠ 0; c2 ≠ 0; c3 ≠ 0), können
die Messungen von Δp1 und Δp2, oder die Messungen von Δp2 und Δp3, oder die Messungen
von Δp1 und Δp3, oder die Messungen von Δp1, Δp2 und Δp3 fehlerhaft sein. Sind nur
zwei Messungen fehlerhaft und können beispielsweise die Messungen für Δp1 und Δp3
durch ein entsprechendes BDQ-Signal als fehlerhaft identifiziert werden, kann Δp1
durch Auflösung von Gleichung (3) aus Δp10 und Δp2, bzw. Δp3 durch Auflösung von Gleichung
(4) aus Δp2 und Δp12 berechnet werden.
[0032] Sind gleichzeitig 3 Messungen fehlerhaft, können die fehlerhaften Messungen an den
Ventilen V1, V2 und V3 nur dann rekonstruiert werden, wenn wenigstens eine der Messungen
Δp1, Δp2 und Δp3 fehlerfrei ist.
Beispiel:
[0033] Sind die Druckmessungen von Δp1, Δp2 und Δp10 fehlerhaft, können Δp1 unter Verwendung
der Gleichung (5) aus Δp3 und Δp11, und Δp2 unter Verwendung von Gleichung (4) aus
Δp3 und Δp12 berechnet werden.
[0034] Nur wenn Δp1, Δp2 und Δp3 gleichzeitig fehlerhaft sind, können diese Werte nicht
aus den anderen Messwerten berechnet werden, weil das Gleichungssystem (3) bis (6)
in diesem Fall singulär ist. Dies entspricht dem (physikalischen) Umstand, dass die
Differenzdrücke zwischen den Zweigleitungen 13, 14, 15 für sich genommen keinerlei
Informationen über die Druckabfälle an den Ventilen V1, V2 und V3 enthalten.
[0035] Insgesamt ermöglicht ein System nach Fig. 4 folgende Korrekturen:
(a) die Detektion und Identifizierung der fehlerhaften Druckmessung und die Ableitung
des richtigen Messwertes, wenn eine einzelne Druckmessung durch eine Drift fehlerhaft
wird;
(b) die Detektion der fehlerhaften Druckmessungen und die Ableitung der richtigen
Messwerte nach einer Identifikation der fehlerhaften Messungen z.B. durch ein BDQ-Signal,
wenn zwei beliebige Messungen gleichzeitig fehlerhaft sind; und
(c) die Detektion der fehlerhaften Druckmessungen und die Ableitung der richtigen
Messwerte nach einer Identifikation der fehlerhaften Messungen z.B. durch ein BDQ-Signal,
wenn drei beliebige Messungen gleichzeitig fehlerhaft sind; ausgeschlossen ist dabei
der Sonderfall, dass alle drei Druckmessungen an den Ventilen gleichzeitig fehlerhaft
sind.
[0036] Im oben besprochenen Beispiel der drei Zweigleitungen reichen 3 zusätzliche Druckmesseinrichtungen
PM10, PM11 und PM12 aus, um weitgehend dieselbe Redundanz zu erhalten wie bei einem
System gemäss Fig. 3. Kommen weitere Zweigleitungen hinzu, werden pro zusätzlicher
Zweigleitung zwei zusätzliche Druckmesseinrichtungen benötigt, die zwischen der zusätzlichen
Zweigleitung und zwei beliebigen anderen Zweigleitungen angeordnet werden. Die maximale
Einsparung an Druckmesseinrichtungen gegenüber der Anordnung aus Fig. 3 ergibt sich
dabei im Falle von drei Zweigleitungen.
BEZEICHNUNGSLISTE
[0037]
- 10
- Rohrleitungssystem
- 11
- Hauptleitung
- 12
- Verzweigungspunkt
- 13,14,15
- Zweigleitung
- PM1,..,PM12
- Druckmesseinrichtung
- V1,V2,V3
- Ventil
1. Rohrleitungssystem (10) zur gesteuerten Verteilung eines strömenden Mediums, umfassend
eine Hauptleitung (11), welche sich an einem Verzweigungspunkt (12) in eine Mehrzahl
von Zweigleitungen (13, 14, 15) verzweigt, in jeder der Zweigleitungen eine veränderbare
Drosselstelle (V1, V2, V3), mit welcher der Massenstrom in jeder der Zweigleitungen
(13, 14, 15) einstellbar ist, sowie zu jeder Drosselstelle (V1, V2, V3) eine erste
Druckmesseinrichtung (PM1, PM2, PM3), mit welcher der Druckabfall des strömenden Mediums
an der jeweiligen Drosselstelle (V1, V2, V3) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erreichen einer Redundanz in der Druckmessung zumindest zwischen zwei der Zweigleitungen
(13, 14 bzw. 13, 15 bzw. 14, 15) in Strömungsrichtung hinter den Drosselstellen (V1,
V2 bzw. V1, V3 bzw. V2, V3) eine zweite Druckmesseinrichtung (PM10 bzw. PM11 bzw.
PM12) zur Messung des Differenzdruckes zwischen den jeweiligen Zweigleitungen (13,
14 bzw. 13, 15 bzw. 14, 15) angeordnet ist.
2. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Zweigleitung (13, 14, 15) und je einer anderen Zweigleitung (14 bzw.
13 bzw. 14) eine zweite Druckmesseinrichtung (PM10 bzw. PM12) zur Messung des Differenzdruckes
zwischen den jeweiligen Zweigleitungen (13, 14 bzw. 14, 13 bzw. 15, 14) angeordnet
ist.
3. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeder Zweigleitung (13, 14, 15) und je zwei weiteren Zweigleitungen (14,
15 bzw. 13, 15 bzw. 13, 14) jeweils eine zweite Druckmesseinrichtung (PM10, PM11 bzw.
PM10, PM12 bzw. PM11, PM12) zur Messung des Differenzdruckes zwischen den jeweiligen
Zweigleitungen (13, 14, 15) angeordnet ist.
4. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstellen als Ventile (V1, V2, V3) ausgebildet sind.
5. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei Zweigleitungen (13, 14, 15) verwendet werden.
6. Verfahren zum Betrieb eines Rohrleitungssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Paar von Zweigleitungen (13, 14 bzw. 14, 15 bzw. 13, 15) die zugehörigen
ersten Druckmesseinrichtungen (PM1, PM2 bzw. PM2, PM3 bzw. PM1, PM3) und die zwischen
dem Paar von Zweigleitungen angeordnete zweite Druckmesseinrichtung (PM10 bzw. PM12
bzw. PM11) jeweils zu einer Gruppe zusammengefasst werden, wobei bei ordnungsgemässer
Funktion der Druckmesseinrichtungen für jede Gruppe von Druckmesseinrichtungen die
Summe der Druckmesswerte gleich Null ist, und dass, wenn innerhalb einer Gruppe eine
der ersten Druckmesseinrichtungen (PM1 oder PM2 bzw. PM2 oder PM3 bzw. PM1 oder PM3)
ausfällt, der zugehörige Druckmesswert aus den Druckmesswerten der beiden anderen
Druckmesseinrichtungen der Gruppe bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede erste Druckmesseinrichtung (PM1, PM2, PM3) jeweils in zwei Gruppen von Druckmesseinrichtungen
vertreten ist, und dass die Druckmesswerte aus der ersten Druckmesseinrichtung als
fehlerhaft behandelt werden, wenn die aus den beiden anderen Druckmesseinrichtungen
jeder der beiden Gruppen bestimmten zugehörigen Druckmesswerte untereinander, jedoch
nicht mit den von der ersten Druckmesseinrichtung abgegebenen Druckmesswerten übereinstimmen.
1. Pipeline system (10) for the controlled distribution of a flowing medium, comprising
a main line (11) which branches at a branching point (12) into a plurality of branch
lines (13,14,15), in each of the branch lines a variable restrictor (V1,V2,V3), by
means of which the mass flow in each of the branch lines (13,14,15) can be adjusted,
and, belonging to each restrictor (V1,V2,V3), a first pressure measuring device (PM1,PM2,PM3),
by means of which the pressure drop of the flowing medium at the respective restrictor
(V1,V2,V3) is measured, characterized in that, in order to obtain redundancy in the pressure measurement, at least between two
of the branch lines (13,14 or 13,15 or 14,15) a second pressure measuring device (PM10
or PM11 or PM12) for measuring the differential pressure between the respective branch
lines (13,14 or 13,15 or 14,15) is arranged downstream of the restrictors (V1,V2 or
V1,V3 or V2,V3) in the direction of flow.
2. Pipeline system according to Claim 1,
characterized in that between each branch line (13,14,15) and, in each case, another branch line (14 or
13 or 14) a second pressure measuring device (PM10 or PM12) for measuring the differential
pressure between the respective branch lines (13,14 or 14,13 or 15,14) is arranged.
3. Pipeline system according to one of Claims 1 and 2, characterized in that between each branch line (13,14,15) and, in each case, two further branch lines (14,15
or 13,15 or 13,14) a second pressure measuring device (PM10,PM11 or PM10,PM12 or PM11,PM12)
for measuring the differential pressure between the respective branch lines (13,14,15)
is arranged in each case.
4. Pipeline system according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the restrictors are designed as valves (V1,V2/V3).
5. Pipeline system according to one of Claims 1 to 4, characterized in that three branch lines (13,14,15) are used.
6. Method for operating a pipeline system according to Claim 1, characterized in that, for each pair of branch lines (13,14 or 14,15 or 13,15), the associated first pressure
measuring devices (PM1,PM2 or PM2,PM3 or PM1,PM3) and the second pressure measuring
device (PM10 or PM12 or PM11) which is arranged between the pair of branch lines are
in each case combined to form a group, the sum of the measured pressure values being
equal to zero for each group of pressure measuring devices when the pressure measuring
devices are functioning properly, and in that, when one of the first pressure measuring devices (PM1 or PM2,PM2 or PM3, PM1 or
PM3) fails within a group, the associated measured pressure value is determined from
the measured pressure values of the other two pressure measuring devices of the group.
7. Method according to Claim 6, characterized in that each first pressure measuring device (PM1,PM2,PM3) is represented in each case in
two groups of pressure measuring devices, and in that the measured pressure values from the first pressure measuring device are treated
as faulty when the associated measured pressure values determined from the other two
pressure measuring devices of each of the two groups are identical to one another,
but not to the measured pressure values emitted by the first pressure measuring device.
1. Système de conduites tubulaires (10) pour la distribution régulée d'un fluide, comprenant
une conduite principale (11) qui se divise en un point de ramification (12) en une
pluralité de conduites de ramification (13, 14, 15), dans chacune des conduites de
ramification, une zone d'étranglement variable (V1, V2, V3) permettant d'ajuster le
débit massique dans chacune des conduites de ramification (13, 14, 15), ainsi qu'à
chaque zone d'étranglement (V1, V2, V3), un premier dispositif de mesure de pression
(PM1, PM2, PM3) permettant de mesurer la chute de pression du fluide au niveau de
la zone d'étranglement respective (V1, V2, V3), caractérisé en ce que pour l'obtention d'une redondance dans la mesure de pression, on dispose au moins
entre deux des conduites de ramification (13, 14, ou 13, 15, ou 14, 15) dans le sens
de l'écoulement derrière les zones d'étranglement (V1, V2, ou V1, V3, ou V2, V3) un
deuxième dispositif de mesure de pression (PM10 ou PM11 ou PM12) pour mesurer la différence
de pression entre les conduites de ramification respectives (13, 14 ou 13, 15 ou 14,
15).
2. Système de conduites tubulaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on dispose, entre chaque conduite de ramification (13, 14, 15) et chaque autre
conduite de ramification (14 ou 13 ou 14) un deuxième dispositif de mesure de pression
(PM10 ou PM12) pour mesurer la différence de pression entre les conduites de ramification
respectives (13, 14 ou 14, 13 ou 15, 14).
3. Système de conduites tubulaires selon l'une quelconque des revendications 1 et 2,
caractérisé en ce que l'on dispose entre chaque conduite de ramification (13, 14, 15) et à chaque fois
deux autres conduites de ramification (14, 15 ou 13, 15 ou 13, 14) à chaque fois un
deuxième dispositif de mesure de pression (PM10, PM11 ou PM10, PM12 ou PM11, PM12)
pour mesurer la différence de pression entre les conduites de ramification respectives
(13, 14, 15).
4. Système de conduites tubulaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les zones d'étranglement sont réalisées sous la forme de soupapes (V1, V2, V3).
5. Système de conduites tubulaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise trois conduites de ramification (13, 14, 15).
6. Procédé pour le fonctionnement d'un système de conduites tubulaires selon la revendication
1, caractérisé en ce que pour chaque paire de conduites de ramification (13, 14 ou 14, 15 ou 13, 15), on rassemble
en un groupe les premiers dispositifs de mesure de pression associés (PM1, PM2 ou
PM2, PM3 ou PM1, PM3) et le deuxième dispositif de mesure de pression (PM10 ou PM12
ou PM11) disposé entre la paire de conduites de ramification, où, pour un fonctionnement
correcte des dispositifs de mesure de pression, pour chaque groupe de dispositifs
de mesure de pression la somme des valeurs de mesure de pression est égale à zéro,
et en ce que, si à l'intérieur d'un groupe l'un des premiers dispositifs de mesure de pression
(PM1 ou PM2, respectivement PM2 ou PM3, respectivement PM1 ou PM3) tombe en panne,
la valeur de mesure de pression associée est déterminée à partir des valeurs de mesure
de pression des deux autres dispositifs de mesure de pression du groupe.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque premier dispositif de mesure de pression (PM1, PM2, PM3) est représenté à
chaque fois dans deux groupes de dispositifs de mesure de pression, et en ce que les valeurs de mesure de pression sortant du premier dispositif de mesure de pression
sont traitées comme erronées lorsque les valeurs de mesure de pression déterminées
associées provenant des deux autres dispositifs de mesure de pression de chacun des
deux groupes coïncident mutuellement mais pas avec les valeurs de mesure de pression
du premier dispositif de mesure de pression.