Druckbegrenzer an einem Gas enthaltenden Behälter
Die Erfindung betrifft einen Druckbegrenzer an einem Gas enthaltenden Behälter. Bekannte Druckbegrenzer sprechen auf das Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwerts oder auf das Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwerts des Drucks im Gasraum dadurch an, dass sie eine Durchflussleitung vom Gasraum nach aussen freigeben und einen Druckausgleich gestatten.
Bekannte Druckbegrenzer bestehen im allgemeinen aus Ventilen mit durch Gewicht oder Feder belasteten Ventiltellern oder aus Platzmembranen. Diese eignen sich kaum für die Sicherung verhältnismässig geringen Drucks in Gasräumen und sprechen nicht sicher auf geringe Druckdifferenzen oder auf vorgegebene Drücke an, die nur wenig vom atmosphärischen Normaldruck abweichen. Insbesondere arbeiten die an sich sehr einfachen Platzmembranen als Sicherung nicht zuverlässig und müssen nach einmaligem Ansprechen sofort ersetzt werden. Die üblichen Sicherungsventile geben beim Ansprechen nur verhältnismässig geringe Durchflussquerschnitte frei, neigen zum sogenannten Flattern, sind sehr empfindlich gegen Schmutz, Staub und andere störende Einflüsse, ausserdem kompliziert und teuer im Aufbau.
Allen bekannten Druckbegrenzern ist der Nachteil gemeinsam, dass sie sich nicht kontinuierlich auf gewünschte Extremwerte von Gasüberdruck und Gasunterdruck als sogenannte Ansprechdrucke einstellen lassen und dass sie beim Ansprechen auf solche Drucke ihre Durchflussleitung schlagartig öffnen, anstatt den Durchflussquerschnitt der Leitung proportional zur Drucküberschreitung oder Druckunterschreitung frei zu geben.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile der bekannten Druckbegrenzer zu überwinden und einen Druckbegrenzer zu schaffen, der in niederen Druckbereichen sowohl beim Überschreiten eines Überdruckes vom Behälter Gas entweichen wie auch beim Unterschreiten eines Unterdruckes in einen Gas enthaltenden Behälter Luft eintreten lässt.
Derartige Aufgaben treten insbesondere im Zusammenhang mit Faulräumen auf, in denen Frischschlamm auf eine Temperatur von ca. 32oC erwärmt und anaerob abgebaut wird, wobei Faulwasser und Faulgas ausscheiden. Das Faulgas besteht aus etwa einem Drittel Kohlendioxyd und zwei Dritteln Methan und sammelt sich im sogenannten Faulraumkopf, in dem ein gewisser, wenn auch geringer Überdruck gegenüber atmosphärischem Umgebungsdruck aufrecht zu erhalten ist. Der Faulraum muss gegen das Entstehen eines zu hohen Überdruckes und bei der Schlammentnahme gegen das Entstehen eines zu hohen Unterdrucks abgesichert werden, womit das Problem verbunden ist, einen Druckbegrenzer so einfach zu gestalten dass seine Funktion nicht durch Schmutz und andere störende Einflüsse beeinträchtigt, aber doch auch im Ruhezustand ständig überwacht werden kann.
All diese Aufgaben werden nun mit dem erfindungsgemässen Druckbegrenzer an einem Gas enthaltenden Behälter gelöst, der sowohl beim Überschreiten eines Überdrucks vom Behälter Gas entweichen wie auch beim Unterschreiten eines Unterdrucks Luft eintreten lässt und dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen mit einer Überlaufstelle versehenen und Flüssigkeit enthaltenden Topf und ein in die Flüssigkeit hineinragendes, zum Verändern der Grösse des Überdruckes bzw.
des Unterdrucks höhenvestellbar angeordnetes Rohr aufweist, wobei entweder das Rohr oder der Topf mit dem Behälter in gasdichter Verbindung steht.
Um ein langsames und kontinuierliches Öffnen zu erreichen, kann man den unteren Rand mit einer von der Horizontalen abweichenden Begrenzungslinie versehen, man kann ihm also beispielsweise eine sägezahnartige Form geben.
Nachfolgend werden anhand einer Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen im Deckel eines Faulraumes angeordneten Druckbegrenzer und
Fig. 2 eine Prinzipskizze für ein zweites Ausführungsbeispiel.
In der Fig. list mit 1 ein Deckel bezeichnet, der als Faulraumkopfdeckel einen als Faulraum dienenden, Gas enthaltenden Faulraum oder einen andern Behälter 20 abschliesst. An diesem Deckel list ein Topf 2 angeschweisst, der auf bestimmter Höhe am Umfang verteilt etwa gleiche Löcher 3 aufweist. Ein Stück oberhalb dieser Löcher 3 sind noch zusätzlich grössere Öffnungen 21 vorhanden. Der Topf 2 hängt also innerhalb des Faulraumkopfs, wo üblicherweise ein gegenüber der Atmosphäre leicht erhöhter Druck vorhanden ist.
In den Topf 7 ragt ein weites, kreiszylindrisches Rohr 4, das durch den Deckel 1 nach aussen führt und dessen Aussenwand über eine Dichtungspackung gasdicht an den Deckel 1 anschliesst. Die Dichtungspackung besteht im wesentlichen aus einem Dichtungsring 5, einem Pressring 6 und aus einer Reihe am Umfang des Rohrs gleichmässig verteilten Schraubverbindungen 7 zwischen Pressring und Deckel. Das Rohr 4 hängt an Stegen 8, die ihrerseits an einer Abdeckung 9 angeschweisst sind. Die Abdeckung 9 bildet ein Schutzdach über der oberen Öffnung des Rohrs 4, weist aber eine Öffnung 10 auf, durch die Wasser in das Rohr geleitet oder ein Messtab eingeführt werden kann. In der Mitte der Abdeckung befindet sich eine Bohrung und darüber eine an die Abdeckung angeschweisste Mutter 11. die auf einer Gewindestange 13 sitzt.
Die Gewindestange reicht bis zum Boden des Topfes 2, wo sie in einem durch einen aufgeschweissten Ring 13 gebildeten Sackloch steht. Das Rohr stützt sich demnach über die Gewindestange im Sackloch am Boden des Topfes 7 ab. Die Höhe des Rohres über dem Boden des Behälters lässt sich durch Drehen der Gewindestange gegenüber der Mutter 11 kontinuierlich verstellen.
Der untere Rand des Rohres 4 weist eine von der Horizontalen abweichende Begrenzungslinie auf: Er ist mit Zähnen 14 versehen, so dass er bei bestimmten Flüssigkeitsständen nur teilweise in der Flüssigkeit steht.
Vor der Inbetriebnahme des Faulraumes wird durch die Öffnung 10 in der Abdeckung 9 Wasser in das Rohr 4 eingefüllt, das im Topf 2 bis zum unteren Rand der den Überlauf bildenden Öffnungen 3 ansteigt und so den Faulraum von der Atmosphäre abschliesst. Zuviel eingefülltes Wasser läuft in den Faulraum. Der sich einstellende Flüssigkeitspegel ist in der Zeichnung mit 15 bezeichnet.
Während des Betriebes scheidet sich Faulgas aus dem Frischschlamm im Faulraum aus und sammelt sich im Faulraumkopf. Von dort wird das Faulgas abgeführt, jedoch ein gewisser Betriebsdruck im Faulraum aufrechterhalten. Unter dem Einfluss des Betriebsdrucks wird ein Teil des Wassers im Topf 7 ausserhalb des Rohres verdrängt und in das Innere des Rohres 4 gedrückt, so, dass der Pegelstand des Wassers im Rohr 4 ansteigt. Unter normalem Betriebsdruck erreicht der Wasserpegel im Inneren des Rohres etwa die Höhe, die als Betriebsdruckpegel in der Zeichnung mit 16 bezeichnet ist.
Die Differenz zwischen dem inneren Pegelstand im Rohr und dem äusseren Pegelstand im Behälter zwischen Rohrwand und Behälterwand entspricht dem Gasdruck im Faulraumkopf.
Steigt nun der Gasdruck im Faulraumkopf über den normalen Betriebsdruck an, so fällt der äussere Wasserpegel im Behälter weiter ab, während der innere Wasserpegel innerhalb des Rohres ansteigt. Dabei erreicht der äussere Wasserpegel den Grund der Zähne 14 und löst sich bei weiterem Absinken kontinuierlich von dem unteren Rand des Rohres ab. Mit dem kontinuierlichen Ablösen wird dem Gas eine kontinuierlich sich vergrössernde Durchflussleitung vom Faulraumkopf nach aussen freigegeben. Das Gas dringt über den von äusseren Wasserpegel freigegebenen Teil des unteren Randes zwischen den Zähnen 14 in das Rohr 4 ein und entweicht nach oben. Zu Beginn des Öffnens der beschriebenen Durchflussleitung herrscht im Faulraumkopf der sogenannte Abblasdruck, der dem hydrostatischen Druck am Grund der Zähne 14 entspricht.
Der äussere Wasserpegel im Topf 2 bei Abblasdruck ist in der Zeichnung mit 17, der innere Wasserpegel mit 18 bezeichnet.
Die hydrostatisch wirksame Höhendifferenz zwischen den Wasserpegeln 17 und 18 lässt sich durch Verstellen des Rohres 4 gegenüber dem Topf 2 verändern und so der gewünschte
Abblasdruck einstellen. Da die Höhenverstellung des Rohres von aussen und kontinuierlich möglich ist, lässt sich während des Betriebes der zulässige Betriebsdruck jederzeit wunschgemäss ändern. An der Aussenwand des Rohres über dem Faulraumkopf befindet sich eine Skala 19, die über die Tauchtiefe des Rohres im Behälter Auskunft gibt und in Längeneinheiten der hydrostatisch wirksamen Wassersäule bei Abblasdruck geeicht ist.
Fällt bei der Schlamm-Entnahme, also beim Absaugen des Schlammes der Gasdruck im Faulraumkopf unter den Normaldruck der Aussenatmosphäre, so drückt die Umgebungsluft den inneren Wasserpegel im Rohr 4 unter den äusseren Wasserpegel im Topf 2, und, wenn die Druckdifferenz gross genug ist, so lange, bis der innere Wasserpegel den Grund der Zähne 14 erreicht und der Aussenluft den Durchtritt in den äusseren Teil des Behälters und über die Öffnungen 3 in das Innere des Faulraumkopfes freigibt. Es tritt dabei Wasser bei den Löchern 3 aus, wodurch der ursprünglich eingestellte Normalpegelstand natürlich nicht mehr erreicht wird, wenn das Gas im Faulraum wieder seinen ursprünglichen Druck annimmt.
Diese Änderung kann jedoch durch eine entsprechende Höhenverstellung des Rohres l kompensiert werden, wonach dann wieder die alten Extremwerte eingestellt sind. Die notwendige Druckdifferenz für den Einbruch der Aussenluft in den Faulraumkopf ist durch die lotrechte Komponente des Abstandes zwischen unterem Rand der Öffnungen 3 und Zahngrund am unteren Rand des Rohres 4 bestimmt. Wie man ohne weiteres erkennen kann, ist der einstellbare Überdruck dann gleich dem Doppelten des einstellbaren Unterdruckes, wenn die Fläche des Innenquerschnittes des Rohres 4 gleich gross ist wie die Oberfläche des durch den Topf 2 und dem Rohr 4 begrenzten Kreisringes. Durch die Wahl eines bestimmten Radienverhältnisses lassen sich für den Über- und den Unterdruck verschiedene Ansprechgrenzen wählen.
Wie die Fig. 2 rein schematisch zeigt, ist es ohne weiteres möglich, den vorstehend beschriebenen Druckbegrenzer auch etwas anders auszugestalten. Man kann den Topf 22, der dem mit 7 bezeichneten Topf des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, ausserhalb des Faulraumes 23, dessen Innendruck zu überwachen ist, anordnen und das Innere des Rohres 24 mit dem Behälterinnern verbinden. Ob man in diesem Fall die Mündung des Rohres 24 oder den Topf 22 verschiebbar anordnet, hängt von den konstruktiven Gegebenheiten ab. Bei dieser Anordnung bleiben die eingestellten Extremwerte bei Ausregelung eines im Faulraum auftretenden Unterdrucks konstant, wogegen sich das ursprüngliche Normalniveau nach Ausregelung eines Überdruckes verschiebt.
Drei Vorteile zweckmässiger Ausführungsformen des neuen Druckbegrenzers verdienen besondere Beachtung, und zwar:
1. Der neue Druckbegrenzer ist sehr einfach im Aufbau und demgemäss bestriebssicher. Durch Überprüfung der Wasserstände mittels eines Messtabes oder eines Schwimmers lässt sich die Funktionsweise ständig überwachen.
2. Die Drücke, bei denen der Druckbegrenzer einen Gasweg zwischen Faulraumkopf und Aussenatmosphäre freigeben soll, sind genau und in einer kontinuierlichen Reihe auch während des Betriebs der Gesamtanlage einstellbar.
3. Bei ansteigender Differenz zwischen atmosphärischem Aussendruck und Innendruck im Faulraumkopf gibt der Druckbegrenzer eine kontinuierlich grösser werdende Durchflussleitung zwischen Faulraumkopf und A ussenatmosphäre frei, so, dass bezüglich des Innendrucks keine harten Regelungsstösse auftreten.
Pressure limiter on a gas-containing container
The invention relates to a pressure limiter on a gas-containing container. Known pressure limiters respond to exceeding a predetermined maximum value or to falling below a predetermined minimum value of the pressure in the gas space in that they open a flow line from the gas space to the outside and allow pressure equalization.
Known pressure limiters generally consist of valves with valve plates loaded by weight or spring or of space diaphragms. These are hardly suitable for securing relatively low pressure in gas spaces and do not respond reliably to small pressure differences or to specified pressures that differ only slightly from normal atmospheric pressure. In particular, the space membranes, which are very simple in themselves, do not work reliably as a backup and must be replaced immediately after they have been addressed once. When responding, the usual safety valves only release relatively small flow cross-sections, tend to so-called fluttering, are very sensitive to dirt, dust and other disturbing influences, and are also complex and expensive to construct.
All known pressure limiters have the disadvantage that they cannot be continuously adjusted to the desired extreme values of gas overpressure and gas underpressure as so-called response pressures and that when responding to such pressures they open their flow line suddenly instead of freely opening the flow cross-section of the line proportionally to the excess or undershoot pressure give.
In contrast, the invention is based on the object of overcoming the mentioned disadvantages of the known pressure limiters and creating a pressure limiter which in low pressure ranges allows gas to escape from the container when excess pressure is exceeded and air to enter a container containing gas when the pressure falls below a negative pressure.
Such tasks occur in particular in connection with digestion rooms, in which fresh sludge is heated to a temperature of approx. 32oC and decomposed anaerobically, with digestion water and digestion gas being eliminated. The digester gas consists of about a third of carbon dioxide and two thirds of methane and collects in the so-called digester head, in which a certain, albeit slight, overpressure compared to ambient atmospheric pressure must be maintained. The digester must be secured against the creation of too high an overpressure and, when sludge is removed, against the creation of too high a negative pressure, which is associated with the problem of making a pressure limiter so simple that its function is not impaired by dirt and other disturbing influences, but it does can be continuously monitored even in the idle state.
All these objects are now achieved with the pressure limiter according to the invention on a gas-containing container, which allows gas to escape from the container when an overpressure is exceeded and air to enter when the pressure falls below a negative pressure and is characterized in that it has an overflow point and contains liquid Pot and a protruding into the liquid to change the size of the overpressure resp.
of the negative pressure has a height adjustable tube, wherein either the tube or the pot is in gas-tight connection with the container.
In order to achieve slow and continuous opening, the lower edge can be provided with a boundary line that deviates from the horizontal, so it can be given a sawtooth-like shape, for example.
Two exemplary embodiments of the invention are described below with reference to a drawing:
Fig. 1 shows a vertical section through a pressure limiter and arranged in the cover of a digester
2 shows a schematic diagram for a second exemplary embodiment.
In FIG. 1, 1 denotes a cover which, as a digester head cover, closes off a gas-containing digester serving as a digester or another container 20. A pot 2 is welded to this cover and has approximately equal holes 3 distributed around the circumference at a certain height. A piece above these holes 3 there are also larger openings 21. The pot 2 hangs inside the digester head, where there is usually a pressure that is slightly higher than that of the atmosphere.
A wide, circular-cylindrical tube 4 protrudes into the pot 7 and leads to the outside through the cover 1 and the outer wall of which connects to the cover 1 in a gas-tight manner via a packing. The packing essentially consists of a sealing ring 5, a press ring 6 and a row of screw connections 7 evenly distributed around the circumference of the tube between the press ring and cover. The tube 4 hangs on webs 8, which in turn are welded to a cover 9. The cover 9 forms a protective roof over the upper opening of the pipe 4, but has an opening 10 through which water can be passed into the pipe or a measuring rod can be inserted. In the middle of the cover there is a bore and above it a nut 11 welded to the cover, which sits on a threaded rod 13.
The threaded rod extends to the bottom of the pot 2, where it stands in a blind hole formed by a welded-on ring 13. The pipe is therefore supported by the threaded rod in the blind hole on the bottom of the pot 7. The height of the pipe above the bottom of the container can be continuously adjusted by turning the threaded rod relative to the nut 11.
The lower edge of the tube 4 has a boundary line that deviates from the horizontal: it is provided with teeth 14 so that it is only partially in the liquid at certain liquid levels.
Before the digester is put into operation, water is poured into the pipe 4 through the opening 10 in the cover 9, which rises in the pot 2 to the lower edge of the openings 3 forming the overflow and thus closes the digester from the atmosphere. Too much water poured into the septic tank. The resulting liquid level is designated by 15 in the drawing.
During operation, digester gas separates from the fresh sludge in the digester and collects in the digester head. The digester gas is discharged from there, but a certain operating pressure is maintained in the digester. Under the influence of the operating pressure, part of the water in the pot 7 is displaced outside the pipe and pressed into the interior of the pipe 4, so that the level of the water in the pipe 4 rises. Under normal operating pressure, the water level in the interior of the pipe reaches approximately the height indicated by 16 as the operating pressure level in the drawing.
The difference between the inner level in the pipe and the outer level in the tank between the pipe wall and the tank wall corresponds to the gas pressure in the digester head.
If the gas pressure in the digester head rises above the normal operating pressure, the external water level in the container continues to fall, while the internal water level inside the pipe rises. The outer water level reaches the bottom of the teeth 14 and is continuously detached from the lower edge of the pipe as it drops further. With the continuous detachment, a continuously increasing flow line from the digester head is released to the outside of the gas. The gas penetrates into the tube 4 via the part of the lower edge which is released by the external water level between the teeth 14 and escapes upwards. At the beginning of the opening of the flow line described, the so-called blow-off pressure, which corresponds to the hydrostatic pressure at the base of the teeth 14, prevails in the digester head.
The outer water level in the pot 2 at blow-off pressure is indicated by 17 in the drawing and the inner water level by 18.
The hydrostatically effective height difference between the water levels 17 and 18 can be changed by adjusting the tube 4 relative to the pot 2 and thus the desired one
Adjust blow-off pressure. Since the height of the pipe can be adjusted continuously from the outside, the permissible operating pressure can be changed as required at any time during operation. On the outer wall of the pipe above the digester head there is a scale 19 which provides information about the immersion depth of the pipe in the container and is calibrated in units of length of the hydrostatic water column at blow-off pressure.
If the gas pressure in the digester head falls below the normal pressure of the outside atmosphere when the sludge is removed, i.e. when the sludge is sucked off, the ambient air presses the inner water level in pipe 4 below the outer water level in pot 2, and if the pressure difference is large enough, so long, until the inner water level reaches the bottom of the teeth 14 and the outside air allows the passage into the outer part of the container and through the openings 3 into the inside of the digester head. In the process, water escapes from the holes 3, which naturally means that the normal level that was originally set is no longer reached when the gas in the digester returns to its original pressure.
However, this change can be compensated for by adjusting the height of the pipe 1 accordingly, after which the old extreme values are set again. The pressure difference required for outside air to penetrate the septic tank head is determined by the vertical component of the distance between the lower edge of the openings 3 and the tooth base at the lower edge of the pipe 4. As can be easily seen, the adjustable overpressure is then twice the adjustable negative pressure when the area of the inner cross section of the pipe 4 is the same size as the surface of the circular ring bounded by the pot 2 and the pipe 4. By choosing a certain radius ratio, different response limits can be selected for the overpressure and the underpressure.
As FIG. 2 shows purely schematically, it is easily possible to design the pressure limiter described above in a somewhat different manner. The pot 22, which corresponds to the pot labeled 7 of the first embodiment, can be arranged outside the digestion chamber 23, the internal pressure of which is to be monitored, and the interior of the tube 24 can be connected to the interior of the container. Whether in this case the mouth of the tube 24 or the pot 22 is arranged to be displaceable depends on the structural conditions. With this arrangement, the set extreme values remain constant when a negative pressure occurring in the digester is corrected, whereas the original normal level shifts after an overpressure has been corrected.
Three advantages of practical embodiments of the new pressure limiter deserve special attention, namely:
1. The new pressure limiter is very simple in construction and therefore reliable in operation. The functionality can be constantly monitored by checking the water levels using a dipstick or a float.
2. The pressures at which the pressure limiter should release a gas path between the digester head and the outside atmosphere can be set precisely and in a continuous series, even during operation of the entire system.
3. If the difference between the atmospheric external pressure and the internal pressure in the digester head increases, the pressure limiter releases a continuously increasing flow line between the digester head and the outside atmosphere, so that no hard control impacts occur with regard to the internal pressure.