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Aktuelle Untersuchungsergebnisse zur Temperaturverteilung in großen Lagertanks

09.10.2013

Lagertanks werden neben ihrer Funktion, Flüssigkeiten zu lagern, meist auch für die Messung der eingelagerten Flüssigkeitsmenge verwendet. Die Ermittlung des Flüssigkeitsvolumens mittels Füllstandsmessung und geometrischer Fülltabellenbestimmung ist hierbei durch zahlreiche Standards und Vorschriften verhältnismäßig gut abgesichert. Auf Grund der durch die Wärmeausdehnung bedingten  Abhängigkeit dieses Volumens von der Temperatur  ist  jedoch für die Bestimmung der tatsächlichen Flüssigkeitsmenge die Umwertung auf eine entsprechende Referenztemperatur notwendig, wofür die exakte Kenntnis der jeweiligen mittleren Flüssigkeitstemperatur im Tank erforderlich ist. Über Temperaturverteilung und -verhalten von Flüssigkeiten in großen Lagertanks unter realen Bedingungen ist jedoch zur Zeit wenig bekannt. Fundierte Untersuchungsergebnisse, auf deren Grundlage entsprechend abgesicherte Verfahren zur Bestimmung der mittleren Flüssigkeitstemperatur in einem Tank entwickelt werden können, fehlten bisher.

Insgesamt acht interessierte Partner – neben PTB und Eichbehörden auch Messgerätehersteller, Tanklagerbetreiber und die Technische Universität Hamburg-Harburg – haben sich im Zeitraum von insgesamt zwei Jahren im Rahmen einer wissenschaftlichen Kooperation eingehend mit den Fragen einer zuverlässigen Temperaturmessung in Lagertanks befasst. Dazu gehörten neben umfangreichen Experimenten und mathematischen Simulationen auch die Erarbeitung von Empfehlungen für die zukünftige dringend erforderliche Verbesserung der entsprechenden nationalen und internationalen Regelungen auf diesem Gebiet, insbesondere auch unter den speziellen Gesichtspunkten des gesetzlichen Messwesens.

Für die experimentellen Untersuchungen stand ein Tank mit einem Gesamtfassungsvermögen von 2440 m³ (Durchmesser 14,9 m, Höhe 14 m) auf dem Gelände des Ölhafens Hamburg zur Verfügung, der bis auf eine Höhe von 8 m mit Elbwasser gefüllt war. Zwei Hersteller stellten insgesamt 13 Temperaturmessketten bereit, die gleichmäßig verteilt im Tank installiert wurden. Damit konnte die  Temperatur an 123 Stellen innerhalb des Tankinnenraums gemessen werden, was auch in der Zeit von November 2011 bis Februar 2013 in jeweils 10-Minuten-Abständen geschah. Bild 1 zeigt beispielhaft den Temperaturverlauf  einer Messkette von 00:00 Uhr am 27.01.2012 bis 24:00 am 30.01.2012. In dieser Zeit sank die mittlere Außentemperatur von -1,0 °C auf  -5,1 °C und der Tank musste nachfolgend beheizt werden, um Eisbildung zu vermeiden.

Bild 1: Temperaturverlauf im Lagertank von 27.01.2012 00:00 Uhr bis 30.01.2012 24:00 Uhr in unterschiedlichen Höhen zwischen dem Tankboden (Ebene 0 m) und 0,5 m unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche (Ebene 7,5 m).

Die Messergebnisse dienten darüber hinaus auch zur Verifizierung entsprechender mathematischer Simulationen, mit deren Hilfe das Temperaturverhalten z.B. für andere Flüssigkeiten, andere Witterungsbedingungen und spezielle Füllvorgänge dargestellt werden konnte. Ein erster Schritt, die Ergebnisse zeitnah der interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen, wurde mit der Organisation eines zweitägigen Seminars mit rund 70 Teilnehmern aus 10 Ländern, das von PTB und der maßgeblich an dem Projekt beteiligten Eichdirektion Nord im September 2013 in Hamburg stattfand, getan.

Ansprechpartner:

Rüdiger Jost, FB 1.5, AG 1.51, E-Mail: ruediger.jost@ptb.de