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Verfahren zur Reinigung von Rohren od. dgl., insbesondere zur Reinigung von Schnellstrom-Vorwärmern in der Zuckerindustrie
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Rohren od. dgl., welche von Flüssigkeiten unter Druck und mit hoher Geschwindigkeit durchströmt werden, wobei sich aus der Flüssigkeit Feststoffe an den Innenwänden der Rohre absetzen, insbesondere zur Reinigung von Schnellstrom-Vorwärmern in der Zuckerindustrie, bei denen der Saft unter Druck durch den Vorwärmer geführt und anschliessend saturiert wird.
Überall dort, wo Flüssigkeiten durch Rohrleitungen od. dgl. strömen und insbesondere dann, wenn diese Flüssigkeiten einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bilden sich an den Innenwandungen Ablagerungen von Feststoffen, weil bei der Erwärmung der Flüssigkeiten mitgeführte und bei normaler Temperatur gelöste mineralische oder organische Verbindungen ausfallen und un- oder schwerlöslich werden.
Die Anlagerungen vermindern den der Strömung der Flüssigkeit zur Verfügung stehenden Rohrquerschnitt und müssen nach einer bestimmten Zeit, wenn die Anlagerungen eine gewisse zulässige Höchstschichtstärke überschreiten, entfernt werden.
Besonders die Rohrleitungen oder-schlangen von den meist dampfbeheizten Schnellstromvorwärmern in der Zuckerindustrie werden verhältnismässig rasch von derartigen Ablagerungen zugesetzt, welche bei der Erwärmung des Saftes ausfallen. Da diese Schnellstrom-Vorwärmer von dem Saft mit Geschwindigkeiten von 1, 5 bis 2,0 m/sec durchströmt werden und der Druck des Saftes etwa 2 - 3 atü beträgt, entstehen durch die Ablagerungen verhältnismässig rasch hohe Strömungswiderstände und unzulässige Querschnittsverringerungen. Besonders nachteilig wirken sich. die Ablagerungen ausserdem dadurch aus, dass sie den Wärmeübergang behindern und die Erwärmung des Saftes mit zunehmender Schichtstärke mehr und mehr erschweren.
Aus den genannten Gründen, aber auch deswegen, weil bei dem Saft, der in der Zuckerindustrie in den Schnellstrom-Vorwärmern erwärmt wird, besonders viel Feststoffe ausfallen und sich anlagern, wird die genannte Grenze, bei der die Anlagerungen eine zulässige Höchstschichtstärke überschreiten, verhältnismässig rasch erreicht.
Die Schnellstrom-Vorwärmer werden nach Erreichen der genannten Grenze stillgelegt und gereinigt.
Das geschieht in bekannter Weise durch mühevolle Handarbeit, die zeitraubend und kostspielig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Reinigung der Schnellstrom-Vorwärmer zu schaffen, durch welche eine Stillegung des Vorwärmers und die kostspielige unwirtschaftliche Handarbeit vermieden werden.
Es ist ein Verfahren zur Reinigung von Rohrsystemen in Verdampfern, Kochapparaten, Destillierapparaturen od. dgl. bekannt, bei dem zur Reinigung Kugeln mit rauher Oberfläche in die Rohrleitungen eingeschleust werden. Die Kugeln werden vom Brüden oder Dampf, der in den Apparaten entwickelt wird, bewegt und sind so bemessen, dass nur ein geringes Spiel zwischen Kugeloberfläche und Rohrinnenwand verbleibt. Vorrichtungsmässig sind komplizierte Einrichtungen erforderlich, um die Kugeln in die Appa-
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rate bzw. in die Rohrsysteme einzuschleusen und nach deren Durchlaufen wieder zu entnehmen. Ein sehr wesentlicher Gesichtspunkt ist das spezifische Gewicht der Kugeln, das so gewählt werden muss, dass diese auf der Flüssigkeit im Verdampfer schwimmen und nicht versinken oder schweben.
Die Strömungsgeschwindigkeit des Brüdens oder Dampfes würde bei einem Verfahren, das, wie das vorliegende, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, z. B. zur Reinigung von Schnellstrom-Vorwärmern, voraussetzt, nicht ausreichen, um eine Reinigungswirkung zu erzielen. Inkruste werden von den Kugeln lediglich abgeschliffen und abgestreift, so dass nur solche Inkruste entfernt werden können, die nachgiebig genug sind und nicht fest an den Rohrinnenwandungen haften. Inkruste dagegen, die wie bei Schnellstrom- Vorwärmen in der Zuckerindustrie sehr hart und widerstandsfähig sind und auch mit sehr grosser Kraft an den Rohrwandungen haften, können selbst bei hohen Flüssigkeitsdrücken derartige Kugeln nicht abstreifen.
Sie würden sich vielmehr verklemmen und in den zu reinigenden Rohren festsitzen, so dass der Saftstrom unterbrochen wird. Der Schnellstrom-Vorwärmer müsste somit stillgesetzt werden.
Das Verfahren zur Reinigung von Rohren od. dgl., welche von Flüssigkeiten unter Druck und mit hoher Geschwindigkeit durchströmt werden, wobei sich aus der Flüssigkeit Feststoffe an den Innenwänden der Rohre absetzen, insbesondere zur Reinigung von Schnellstrom-Vorwärmern in der Zuckerindustrie, bei denen der Saft unter Druck durch den Vorwärmer geführt und anschliessend saturiert wird, besteht gemäss der Erfindung im Wesen darin, dass Quarzkies, vorzugsweise mit einer Körnung von 3 bis 5 mm, in die Flüssigkeit bzw. den Saft eingebracht und mit diesem durch das Rohr des Vorwärmers getrieben wird und die durch den Quarzkies von der Innenwand des Rohres abgetragenen Ablagerungen von der Flüssigkeit bzw. vom Saft aus dem Vorwärmer heraus in einen Abscheider überführt werden, in welchen der Quarzkies von der Flüssigkeit bzw.
vom Saft getrennt wird, wobei die Kieszugabe verhindert wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit eine vorbestimmte Mindesthöhe unterschreitet. Die Einhaltung einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit ist erforderlich, weil die Reinigungswirkung von ihr stark abhängig ist und bei geringer Geschwindigkeit nachlässt oder überhaupt nicht mehr eintritt bzw. Verstopfungen durch den Kies eintreten können.
Es ist an sich bekannt, Quarzkies als Scheuermittel zu verwenden. Im vorliegenden Fall handelt es sich aber um eine besondere Anwendung von Quarzkies in einem Reinigungsverfahren, wodurch es möglich ist, während des Betriebes einer Vorrichtung, bei der Rohre od. dgl. durch sich absetzende Feststoffe verschmutzt werden, diese Rohre ohne jegliche Betriebsunterbrechung zu reinigen.
Quarzkies ist chemisch neutral, so dass der Saft weder beeinträchtigt noch in irgendeiner Weise ver- ändert wird. Quarzkies ist ausserdem scharfkantig, hart und mechanisch widerstandsfähig. Dadurch erfüllt er alle Voraussetzungen, um die Ablagerungen von den Rohrinnenwandungen abzutragen, wenn er mit der Geschwindigkeit des Saftes durch den Vorwärmer getrieben wird. Infolge der mechanischen Widerstandsfähigkeit tritt dabei kaum eine Abnutzung oder ein Verbrauch des Quarzes ein, so dass er lange Zeit wiederholt gebrauchsfähig bleibt.
Die Erfindung sieht zu diesem Zweck vor, dass der Quarzkies, der im Abscheider anfällt, über Druckschleusen erneut im Sinne eines Kreislaufes wieder in den Saft eingebracht wird, der dem Vorwärmer zufliesst.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Quarzkies taktweise, insbesondere selbsttätig nach Erreichen einer vorzugsweise durch Druckmessung des Saftes ermittelten, durch die Feststoffablagerung verursachten Querschnittsverringerung des Rohres zugegeben.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei der ein von wenigstens einem Rohr durchsetzter Schnellstrom-Vorwärmer über Rohrleitungen mit einer Förderpumpe und mit einer nachgeschalteten Bearbeitungsstation, vorzugsweise einer Saturierstation, verbunden ist, ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die speisende Rohrleitung des Vorwärmers mit einer Zugabevorrichtung für den Quarzkies versehen und in die abführende Rohrleitung ein Abscheider eingeschaltet ist, wobei der Abscheider unter Zwischenanordnung gesteuerter Schieber zur Kiesrückführung mit der Zugabevorrichtung verbunden und dem Abscheider ein Strömungsmesser nachgeschaltet ist, welcher beim Unterschreiten einer vorbestimmten Strömungsgeschwindigkeit des Saftes auf die Steuereinrichtungen der Schieber einwirkt und deren Betätigung verhindert.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass die Zugabevorrichtung ausgangsseitig mit der speisenden Rohrleitung und eingangsseitig mit dem Feststoffabzug des Abscheiders verbunden und mit einem als Druckschleuse ausgebildeten Behälter zur zwischenzeitlichen Aufnahme einer bestimmten Quarzkiesmenge ausgerüstet ist.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Abscheider als Überlaufabscheider ausgebildet und mit einem zwischen Einström- und Ausströmöffnung angeordneten, den Kies zurückhaltenden Sieb ausgerüstet.
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leitungen verbunden und mit einem Vorratsbehälter ausgerüstet ist.
Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Die Figur zeigt einen Längsschnitt durch die zur Durchführung des neuen Verfahrens dienende neue Vorrichtung.
Die Figur zeigt eine speisende Rohrleitung 1, welche von der in der Zeichnung nicht dargestellten Förderpumpe Saft einem ebenfalls nicht dargestellten Schnellstrom-Vorwärmer zuführt. Der Schnellstrom-Vorwärmer ist in bekannter Weise ausgebildet und in der Figur ebenfalls weggelassen. Der in dem Vorwärmer erhitzte Saft strömt durch eine abführende Rohrleitung 2 aus und gelangt in einen Abscheider 3 und von diesem über eine abführende Rohrleitung 2a zu weiteren Bearbeitungsstationen, vorzugsweise zur Saturierstation, die in der Figur nicht dargestellt ist.
In die speisende Rohrleitung 1 mündet eine Rohrleitung 4 ein, in welche ein Sperrschieber 5 eingeschaltet ist. Die Rohrleitung 4 endet im Boden eines Behälters 6. Der Deckel des Behälters 6 ist über eine Rohrleitung 7, in welche ein weiterer Sperrschieber 8 eingeschaltet ist, mit einem trichterförmigen Boden 9 des Abscheiders 3 verbunden. Die beiden Sperrschieber 5 und 8 weisen hydraulisch oder pneumatisch arbeitende Betätigungsvorrichtungen 10 auf, die mit einer Steuereinrichtung 11 verbunden sind.
In die speisende Rohrleitung 1 mündet weiterhin ein Rohr 12 ein, in welches ein Sperrschieber 13 eingeschaltet ist. Dieses Rohr 12 endet in einem Behälter 14, dessen Deckel in ein Rohr 15 übergeht, das unter Zwischenanordnung eines weiteren Sperrschiebers 16 mit einem trichterförmig ausgebildeten, oben offenen Behälter 17 verbunden ist. Diese beiden letztgenannten Sperrschie- ber 13 und 16 sind mit Spindeln (nicht dargestellt) zur Handbetätigung ausgerüstet.
Der Abscheider 3 ist als sogenannter Überlaufabscheider ausgebildet. Die abführende Rohrleitung 2 mündet im unteren Bereich des Abscheiders oberhalb des trichterförmigen Bodens 9 und unterhalb eines Siebes 18, welches den Abscheider in seinem gesamten Querschnitt durchsetzt, ein. Am oberen Ende tritt aus dem Abscheider die abführende Rohrleitung 2a aus, in welche ein Strömungsmesser 19 eingeschaltet ist, welcher mit der Steuerungseinrichtung 11 verbunden ist.
Das neue Reinigungsverfahren läuft unter Verwendung der beschriebenen Vorrichtung wie folgt ab :
In die speisende Rohrleitung 1 wird aus dem Behälter 6 eine bestimmte Menge Quarzkies, vorzugsweise mit einer Körnung von 3 bis 5 mm, durch Öffnen des Sperrschiebers 5 bei geschlossenem Sperrschieber 8 eingebracht. Der Quarzkies fällt infolge seines Eigengewichtes durch das Rohr 4 in die speisende Rohrleitung 1. Durch die speisende Rohrleitung 1 fliesst der Saft mit einer Geschwindigkeit von etwa 1, 5 bis 2 m/sec und unter einem Druck von etwa 2 bis 3 atü zum nicht dargestellten Schnellstrom-Vorwärmer.
Die scharfkantige und harte Kornstruktur, die der Quarzkies besitzt, führt dazu, dass in Verbindung mit der hohen Strömungsgeschwindigkeit Ablagerungen, die sich an den Rohrinnenwandungen des nicht dargestellten Vorwärmers gebildet haben, abgerieben und mit dem Quarz und mit dem Saft aus dem Vorwärmer heraus über die abführende Rohrleitung 2 in den Abscheider 3 eingetragen werden. Im Abscheider 3 tritt unter Einwirkung der Schwerkraft eine Trennung ein, bei welcher sich der Quarzkies im trichterförmigen Boden ansammelt, während der Saft nun von Kies befreit das Sieb 18 passiert und im Abscheider nach oben steigt, um durch den Strömungsmesser 19 hindurch über die abführende Rohrleitung 2a einer weiteren Bearbeitung zuzufliessen.
Wenn eine vorbestimmte Kiesmenge aus dem Behälter 6 in die speisende Rohrleitung 1 eingebracht worden ist, schliesst der Sperrschieber 5 unter Einwirkung der Steueranlage 11 und der Sperrschieber 8 öffnet unter Einwirkung der Steueranlage 11, um den im Boden 9 angesammelten Quarzkies, der im Abscheider 3 angefallen ist, in den Behälter 6 einzubringen und erneut zur Reinigung des Vorwärmers verwenden zu können. Wenn der trichterförmige Boden 9 des Abscheiders geleert ist, schliesst der Sperrschieber 8 und das beschriebene Spiel kann von neuem beginnen.
Beim Reinigungsvorgang, der in der beschriebenen Weise einfach, schnell und sicher abläuft, wird durch Abrieb allmählich ein, wenn auch geringer, Anteil der Kiesmenge verbraucht. Diese muss von Zeit zu Zeit ergänzt werden. Der Zeitpunkt, zu welchem die Quarzkiesmenge ergänzt werden muss, lässt sich durch Schaugläser 20, die im Behälter 6 wie im Abscheider 3 angebracht sind, bestimmen. Zu diesem Zweck wird der Sperrschieber 13 durch Handbetätigung geöffnet, wenn der Sperrschieber 16 geschlossen ist. Im Behälter 14 befindet sich frischer, unverbrauchter Quarzkies in einer zur Ergänzung des verbrauchten Quarzes hinreichend grossen Menge. Dieser fällt bei geöffnetem Sperrschieber 13 durch das Rohr 12 in die speisende Rohrleitung 1.
Ist der Behälter 14 entleert, dann wird der
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Sperrschieber 13 geschlossen und der Sperrschieber 16 ebenfalls von Hand geöffnet, so dass im Vorratsbehälter 17 eingebrachter Vorratskies in den Behälter 14 gelangen kann. Danach steht erneut eine Kiesmenge zur Verfügung, die, nachdem der Sperrschieber 14 geschlossen ist, in den bereits beschriebenen Kieskreislauf bedarfsweise eingebracht werden kann.
Die Zufuhr oder Zugabe von Quarzkies aus dem Behälter 6 in die speisende Rohrleitung 1 braucht nicht kontinuierlich zu erfolgen, sondern wird taktweise nach vorbestimmten Abständen selbsttätig vorgenommen. Diesem Zweck dient die Steueranlage 11, die beispielsweise mit einem Zeitschalter ausgerüstet sein kann, welcher nach Ablauf einer bestimmten Zeit oder Pause die Schieber 8 und 5 in der bereits beschriebenen Weise automatisch betätigt.
Vielfach herrschen jedoch in der Zuckerindustrie Verhältnisse, bei denen sich ein derartiger zeitlich regelmässiger Ablauf der Kieszugabe nicht eng genug an die Änderungen der Zusammensetzung und Eigenschaften des Saftes und an den Ablauf des Verfahrens der Zuckerherstellung anpasst. So kommt es vor, dass die Reinigung des Vorwärmers zu häufig oder auch zu selten stattfindet. Deshalb ist es zweckmässig, wenn der Druckabfall gemessen wird, der eintritt, wenn der Saft durch den Vorwärmer strömt. Ist dieser Druckabfall über einen bestimmten Wert hinaus angestiegen, dann ist dies ein Indiz dafür, dass sich der Querschnitt des durch den Vorwärmer führenden Rohres unzulässig verringert hat.
Die Druckabfallmessung gibt somit die Möglichkeit, die Kieszufuhr den wirklichen und jeweils vorhandenen Betriebsbedingungen eng anzupassen, insbesondere aber stets dann vorzunehmen, wenn die Notwendigkeit dafür vorhanden ist. Zu diesem Zweck ist eine nicht dargestellte Druckmesseinrichtung vorgesehen, die mit der Steuereinrichtung 11 verbunden ist und deren Schalter usw. in Betrieb setzt, wenn die genannte vorbestimmte Grösse des Druckabfalles erreicht ist.
In der Zuckerindustrie ergeben sich nicht nur hinsichtlich der Eigenschaft des Saftes Schwankungen, sondern es treten auch in der anfallenden Saftmenge Schwankungen auf. Bei verringerter Saftmenge sinkt zugleich auch die Strömungsgeschwindigkeit des Saftes und kann Werte annehmen, bei welchen nicht nur die Reinigungswirkung nachlässg oder nicht mehr auftritt, sondern bei welchen der Kies nicht mehr von der Strömung mitgenommen wird. Dies kann in besonders kritischen Fällen dazu führen, dass sich der Kies in tiefen Teilen des Vorwärmers absetzt und den Vorwärmer verstopft. Derartige Verstopfungen führen zu Störungen und sind nur schwer wieder zu beseitigen. Um das Eintreten derartiger Störungen zu verhindern und insbesondere eine sorgfältigeReinigung des Vorwärmers zu gewährleisten, ist der Strömungsmesser 19 vorgesehen.
Dieser Strömungsmesser ist mit einem elektrischen Schalter od. dgl. ausgerüstet, der mit der Steueranlage 11 verbunden ist. Sinkt die Strömung unter einen vorbestimmten Mindestwert ab, dann wird der Schalter betätigt und die Steueranlage 11 in der Weise beeinflusst, dass keiner der Sperrschieber 5,8, insbesondere aber der Sperrschieber 5, mehr betätigt werden kann.
Um sicherzustellen, dass sich ein Druckkurzschluss zwischen der speisenden Rohrleitung 1 und der abführenden Rohrleitung 2a bildet, wenn die Druckluft oder ein anderes hydraulisches Arbeitsmedium der Betätigungszylinder 10 ausfällt, ist ein nicht dargestellter Sicherheitsschalter vorgesehen, der verhindert, dass die Steuereinrichtung 11 den Sperrschieber 5 oder 8 öffnet, bevor der jeweils andere Sperrschieber geschlossen ist.
Der mit dem Quarzkies aus dem Vorwärmer ausgetragene feine Abrieb, d. h. die von den Rohrwandungen abgetragenen Feststoffablagerungen, haben eine verhältnismässig feine Struktur und werden vom Saft durch den Abscheider und das Sieb 18 hindurch mitgenommen und in einer späteren, der Saturierstation vor-oder nachgeschalteten oder an geeigneter Stelle vorgesehenen Bearbeitungsstation aus dem Saft ausgeschieden.
Die neue Vorrichtung und das neue Verfahren lassen sich nach entsprechender Anpassung nicht nur für Schnellstrom-Vorwärmer in der Zuckerindustrie, sondern auch zur Reinigung anderer Rohre und Rohrleitungen verwenden. Voraussetzung ist lediglich, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit gross genug ist, um den Quarzkies so schnell mitzunehmen, dass er die Ablagerungen an den Innenwandungen der Rohre abzureiben vermag und dass sie wieder gross genug ist, um ein Ablagern oder Liegenbleiben von Quarzkies im Inneren von Rohrleitungen, die zu reinigen sind, zu verhindern.
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