DD156020A1 - Einrichtung zur entgasung quantifizierbarer teilstroeme aus mehreren heizwasserkreislaeufen - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung zur Entgasung quantifizierbarer Teilstroeme aus mehreren Heizwasserkreislaeufen findet Einsatz in der Fernwaermeversorgung und in der Heizungstechnik zur Foerderung und Entgasung eines genau definierten Massenstromes von Waermenetzen mit fluessigen Waermetraegern. Die Erfindung hat das Ziel, den dazu erforderlichen apparativen Aufwand auf ein Minimum zu beschraenken. Dies geschieht durch Einsatz von zwei Behaeltern, die wechselweise mit dem zu- und abzuspeisendem Wasser zwischen vorgegebenen Grenzwasserstaenden gefuellt werden, wobei sich im jeweiligen Restvolumen Intergas befindet, dass zwischen den beiden Behaeltern bei jedem Foerderintervall wechselweise stroemt. Vier Magnetventile steuern den Zu- und Abfluss, so dass das Fuellen des einen Behaelters den anderen nach dem Verdraengungsprinzip entleert. Die Messgenauigkeit ist sehr gross, da nur Volumina zu bestimmen sind. Die unterschiedlichen spezifischen Volumina koennen beruecksichtigt werden. Zur Entgasung wird nur ein Entgaser benoetigt, der unter stabilen Betriebsbedingungen arbeitet.

Description

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Anwe nd υ η σ s ce biete

Die Einrichtung zur Entgasung quantifizierbarer Teilströme aus mehreren Heizwasserkreisläufen dient in der Heizungstechnik und der Fernvv'ärrneversorgung zur genau definierten Ab- und Zuspeisung vorgegebener Teilströme aus verschiedenen Wasserkreisläufen zwecks gemeinsamer Entgasung in einem Entgaser,

Bekannte technische Lösungen

Um die im Heizungswasser gelösten Gase Sauerstoff und Kohlendioxid auszutreiben, hat sich die thermische Entgasung beispielsweise in einem Rieselentgaser bewährt. Dieser Rieselentgaser ist in der Regel auf einem Speisewasserbehärter angeordnet. Handelt es sich z,B, um eine Wärmeübertragerstation, die Dampf auf Heißwasser umformt und ist nur ein Wärmenetz zu versorgen, so wird sehr oft der genannte. Speisewasserbehälter als Ausgleichsgefäß für das zu kompensierende Netzwasservolumen verwendet und daran eine dynamische Druckhaltung angeschlossen. Besondere Schaltungen müssen aber gewährleisten, daß ein genau definierter Mengenstrom über den Entgaser geleitet wird, damit dieser voll funktionstüchtig ist und daß die restliche Menge, die z.B, beim Aufheizen abgespeist werden muß, an der I-?ieselstufe vorbei direkt in den Speisewasserbehälter gelangt» Eine solche Lösung wird zukünftig von /1/ angeboten. Soll zur Volumenkompensation eine rein statische Druckhaltunq oder eine Mitteldruckhaltung -mit minimalem Energieaufwand nach /2/ eingesetzt worden, dann .ist es üblich zur Sicherung dar NetzwasserQualität einen Teilstrom des Netz-

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wassers über den Entgaser zu leiten. Der zum Entgaser geführte Teilstrom muß aber in gleicher Größe in das Netz zurückgespeist werden, ansonsten könnten Störungen im Druckhaltesystem auftreten. Solange nur das Wasser aus einem Wärmenetz aufzubereiten ist, kann eine zeitweise Speicherung im Entgaserstromkreis vermieden werden, wenn dort eine Wasserstandsregelung am Speisewasserbehälter stets einen konstanten Wasserstand hält.

Sollen die Teilströme mehrerer IVärmonetze und evtl. auch das Speisewasser des Kcsselkreislaufs über den Entgaser geführt werden, dann genügt eine alleinige Wasserstandsregelung am Speisewasserbehälter nicht, sondern es müssen die Ab- und Zuspeiseströme von und zu den einzelnen Wärmenetzen genau gleich sein bzw. die Zuspeiseströme sind um die Leckwassermengen der Netze zu vergrößern. Material-, und kostenaufwendige Regeleinrichtungen wären erforderlich, die die Volumenstrombestimmung mit Meßblenden vornehmen, den Vergleich mit den Sollwerten durchführen und die Stellventile entsprechend positionieren. Dabei ist auf die Gleichheit der Massenströme zu achten, d»h. die unterschiedlichen spezifischen Volumina sind bei der Messung zu kompensieren. Die mit den bekannten technischen Mitteln aufgebaute Lösung hat außer dem hohen technischen Aufwand noch den Nachteil, daß während des Oinschwingens der ucgolkreise beim Anfahren und bei Veränderungen der Drücke im Wärmenetz bzw» am üntgnsor, кеіпэ Abgcjliebenheit zwischen Zu- und AbspoiscwasGOrstrom erreichbar ist. Derzeit worden in der Prcäxia die genannten Probleme oftmals übersehen und die Funktionstüclttigkcit ist nicht gewährleistet b;:w. worden für jcdon zu entgasenden TciJstro·.! separate Entgaser mit zugehörigen Gpeisew-asGoroehältern aufgestellt.

Zur Ur/igohung o'er vorgenannten technischen Mängel bzw. der hoiien technischen /'.uiwonüung^n v.'iiV nachfolgend oinc ein·· fache L-.inr ic! it ung rur !Ξη Ί 9.11;;^, \·ί cji/an с χ f i.v.iürboro r Toilot.'ür.c aus ис!ігі;гоп !-I j 3 zv.or-corkrc is λο υ Γοπ vorcaGtcllt „

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Ziel der Erfindung

Die Erfindung dient dom Ziel, die auo V/ärmenotzen zum Entgaser fließenden Massenströme genau zu quantifizieren und die Ä'ückspeiseströme den Abspeiseströmen bzw, den Abspeiseströmen plus den Leckwasserströmen exakt anzupassen und gemeinsam über einen thermischen Entgaser zu leiten. Dabei werden die vorhandenen Druckdifferenzen so ausgenutzt, daß eine zusätzliche Energiezufuhr entfällt.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, thermische Entgaser an V/ärmonetze so anzuschließen, dao eine genau definierte Beaufschlagung durch einen Teilstrom der Umlaufv.'assormengo erreicht wird» Weiterhin erfolgt keine ,Beeinflussung anderer IVärmenetze oder Kesselkreisläufe, die ebenfalls einen Teilstrom durch die Wasseraufbereitung setzen. Gleichzeitig soll äer regelungs- bzw, steuerungstechnischo sowie auch der gerätetechnische· Aufwand auf ein Minimum gesenkt werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figur 1 erläutert.

Es wird dovon ausgegangen, daß öer Behälter 2 bis zum oberen V/'asssrstand LC 3 mit aufbereitetem Wasser und der Behälter 1 bis zum unteren '.,'asoerstand LC 2 mit abgespeisten Netzvasser gefüllt ist, über den Wasserspiegeln befindet sich ein Inertgaspolster mit dam Druck p~. Die beiden Sehölter sind über die .'!ohr leitung 11 gassoitia miteinander verbunden. Dia Gasfüllung und damit dor Druck p_G können über das gasdichte Ventil 12 oinrcguliort verden. Die Magnetventile 4 und 6 haben beide geschlossen. Ist dies der Foil und liabon eich die ''a?r,orständo wie beschrieben ~ eingestellt, worden durch dar. Steu3rgerät 13 die Magnetventil;: 3 und '3 gaöffnot. Der höhere Druck an dor Stolle 1 gegenüber rOrn am iinbind^pun'.ct ΙΪ, der bei Betrieb dar Ng ί'ζιπν,η 1:_:'р!-'тро 15 ctcts nnlicgt, bevirkt c'as Fällen dos

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Behälters 1 mit Netzwasser. Dabei wird das Inertgas aus dem Behälter 1 verdrängt und strömt in den Behälter 2 über, wodurch dort das aufbereitete Wasser zum Einspeisepunkt II in das Wärmenetz fließt. Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitstransportes wird durch die Druckdifferenz (p_T - p_TT) und die Stellung der Drosselventile 7 und 8 bestimmt. Ist der Wasserstand LC 1 erreicht, schließt dao Magnetventil 3 und beim Wasserstand LC 4 das Magnetventil 5. Die Zeitpunkte des Schließens der Ventile können auch in umgekehrter Reihenfolge liegen. Der weitere Medienfluß bei nicht zeitgleichen Abschluß der Ventile wird durch die Kompressiblität des Inertgases ausgeglichen. So würde beim vorzeitigen Schließen, des Magnetventils 3 sich beim weiteren Einspeichern des Behälters 2 das verdichtete Gas wieder etwas entspannen, während beim Abschluß von Ventil 5 bei noch offenem Ventil 3 sich das Gaspolster infolge des Wasserzuflusses weiter verdichtet bis der zum Wasserstand LC 1 gehörige Druck erreicht ist. Sind die beiden Magnetventile 3 und 5 geschlossen, dann erfolgt ausgehend vom Steuergerät 13 sofort oder zeitverzögert das gleichzeitige öffnen der Magnetventile 4 und 6, Infolge des höheren Druckes am Punkt IV gegenüber dem des Punktes III strömt nun das im Behälter 't gespeicherte Netzwasser zum Entgaser 14 und druckseitig der. Pumpe 16 aufbereitetes Wasser in den Behälter 2. Dabei wird zum Ausgleich ein Gasstrom vorn Behälter 2 in den Behälter 1 fließen. Die Mossenst romgeschwindigkeit ist ..abhängig vom Differenzdruck (рту - Рттт) ^ипс" der Drosselstellung der Ventile 9 und 10. Sind die Wasserstände LC 2 bzw. LC 3 erreicht, dann schließen die Magnetventile 4 bzw. 6. Bei nicht zeitgleichem Abschluß dieser Ventile erfolgt wiederum eine Völumenkompensation durch das Gaspolster, was eine Druckschwankung im Behä.ltersystern - bis zum beiderseitigem Abschluß des Volumenstromes. - zur Folge hat. Danach kann sofort oder mit Verzögerung das Öffnen dor '.Magnetventile 3 und 5 erfolgen und der beschriebene Vorgang wiederholt sich.

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Die in einem Förderintervall transportierten Volumina ^ und Δ^ν _Ρ können unterschiedlich groß sein. So können beispielsweise bei Berücksichtigung der verschiedenen spezifischen Volumina, die von der Medientemperatur abhängig sind, durch entsprechende Stellung der Steuerwasserstände LC 1 und LC 3 exakt gleiche Massen realisiert werden. Weiterhin wäre es möglich, die Zuspeisemenge um einen genau definierten Betrag größer als die abzuspeisende Wassermenge festzulegen·

De nach Wahl der Drücke, der Leitungswiderstände und der im Steuergerät eingestellten Verzögerungszeiten kann jeder gewünschte mittlere Förderstrom verwirklicht werden. Die Meßgenauigkeit ist außerordentlich hoch, da es sich nur um eine Volumenmessung und eine Intervallzählung handelt. Die hohe Genauigkeit ist auch beim Anfahren und bei äußeren Parameter änderungen z.B. der Drücke im Wärmenetz und im Bereich des Entgasers gegeben.

Die intermittierende Arbeitsweise der Wechselfördervorrichtung wirkt sich nicht nachteilig auf das Wäismenetz und die Wasseraufbereitung aus, da die Zu- und Abspeisung zum jeweiligen Anlagentoil stets zeitgleich beginnen und auch nahezu zeitgleich enden.

Soll die Einspeisestelle in das ','/ärmenetz nach der Abspeisestelle liegen, dann ist beispielsweise die in Figur 2 gezeig te Schaltung anwendbar, Zusäztlich muß eine Pumpe 17 installiert werden. Sie wird vom Steuergerät 13 aus synchron zum Magnetventil 5 geschaltet. Die für die fluktuierenden Massen ströme von und zum Wärmenetz maßgebende Druckdifferenz folgt zu (p_ - P^J + Δρρ) , wenn App den Drucksprung in der Pumpe 17 darstellt» Energiemehraufrendungen entctchen durch den Einsatz aer zusatzlichen Pumpe theoretisch nicht, da um den gleichen Betrog sich die Förderleistung dsr Pumpe 15 reduziert ,

In einem Heizhaus mit Danpfkesseln ist zur thermischen Wasser-

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aufbereitung ein Entgaser installiert. Außer dem Kesselspeisewasser sollen Teilströme dor vom Heizhaus versorgten Heißwassernetze, die medienmäßig voneinander getrennt sind, über den Entgaser geführt werden. Für das exemplarisch betrachtete Netz ist ein Massenstrom m zu entgasen. Dazu wird die erfindungsgemäße Vorrichtung nach Figur 2 eingesetzt. Die spezifischen Volumina betragen an iler Netzabspeisostelle v., und an dem Entgaseraustritt v_£# Damit ergeben sich die mittleren Volumenströme zu

У - ή v_N (1)

V_E = m v_E , (2)

Die in den Behältern 1 und 2 zu realisierenden Differcnzvolumina ДѴ und ДѴ können nach der Festlegung der zulässigen Schalthäufigkeiton η der Magnetventile 3 bis C bzw. öer Pumpe 17 berechnet worden. Im vorliegenden Beispiel ist die Schalthäufigkeit der Pumpe maßgebend. Es folgen damit:

^Δνι - 7 (3)

AV Λ

^ЛѴ2 " η * (4)

Aus fertigungstechnischen Gründen sollten die beiden Behälter gleich groß gewählt werden. Dao gesamte ßohältervolurnen ist nach

zu boincason, Dg die Volumunctrüme nicht kontinuierlich, sondern in Intervallen durchgesetzt worden, sind die totsächlich fluktuierenden Volumoriü t röme , die für cJjg Druckvor lus tbc rechnung ..lo.jgcbenc! cincl, größ.jr als die durch die GIn, (1) und (2) auf inio.'tcn iiit to Iwc rte · Doi völlig zeitnloici'ior Z.U- und Abcpoisung i'nJ rvsoH't verzögc¹ run<jG f rcJ er,

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Schaltvorgängen müßten die mittleren Voluinenströme verdoppelt werden. Für die praktische Auslegung wird vorgeschlagen

(6)

V₁L . 3 v_E

zu setzen. Für die Festlegung das Gasdruckes p_G im Behältersystem gelten folgende Restriktionen:

P₁ > P_G> Pm (8)

P_IV>P_G ⁷PlI - ^Pp . (9)

Damit ist gleichbedeutend

Piv > Pin» ⁽¹°)

wodurch bei abgesperrten Mognetventilen 3 und 5 der Medientransport von und zum Entgaser möglich wird und

P₁ > P

II " "^P,^J' (11)

was die Netzzu- und -abspcisuno gewährleistet» Es wird этр fohlen

p_G „ j .

7.и wählen,

^PG< ^PIV (13)

zu nrufen und nach

-в- 227374 О

Лр_р > P₁₁ - P_{G (14)}

d-ia Pumpe 17 zu bemessen. Nach der Festlegung von p_r und Лрр können die Rohrdurchmesser unter Beachtung der Einzelivic'erstänoe ermittelt werden, сз ergeben sich für die einzelnen Rohrleitungen beispielsweise die Qoziehungen

Nntz-Dohälter 1

A?_A » С, (V_n)² (15)

Dehältor 1 - [entgaser

Apo η Cp (V..)² (IG)

Entgaser - Behälter 2

Äp_c = C_c (V_E)² (17)

Behälter 2 - Netz

= C_n (V_n)² (18)

D.ie Umrechnung auf die realen Druckdi ff Grenzen ergibt Gchl'Lcßlich die tatsächlichen Volunenströme unter der näherungsweisen Voraussetzung, daß Op während des Transportvorganges konstant ist. !£s gelten

(19)

₍₂₀)

PTV ""Χ'

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* j q р - Р_ІТ

^ѴЕ D * Υ— · ~

^E'^D ' C_D (22)

Die Gl. (22) ist nur iterativ lösbar, da der Pumpendruck entsprechend der Kennlinie eine Funktion von V- _Q darstellt, Mit den realen Volumenströmen lassen sich dann die Öffnungszeiten der Magnetventile ΔΤ bestimmen. Es gilt z.B. für Magnetventil 3

Δτ.

^VN,A (23)

Der Abgleich А Г_д « -Δγ _D und <Δτ_β * 2ІГ_С sollte beim prak tischen Probebetrieb durch entsprechendes Einstellen der Drosselventile vorgenommen werden.

Claims (3)

227374 О Erfindunqsanspruch

1, Die Einrichtung zur Entgasung quantifizierbarer Teilströme aus mehreren Heizwasserkreisläufen zur definierten Ab- und Zuspeisung aus Heizungs- oder Fernwärmenetzen mit flüssigen Meciien (O) sowie aus Kesselkreisläufen und gemeinsamen Durchsatz durch einen Entgaser (14) unter Verwendung von jeweils zwei Druckbehältern (1) und (2) mit Inertgaspolster und gasseitig angeordneter Verbindungsleitung, gekennzeichnet dadurch, daß der Wasserstand in don Behältern (1) und (2) wechselweise zwischen den Maximalwerten LC 1 und LC 3 sowie den Minimalwerten LC 2 und LC 4 schwankt und über eine Ausgleichsleitung (11) das über den Wasserspiegeln befindliche Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, jeweils von dom Behälter mit steigendem Wasserstand in den Behälter mit sinkendem Wasserstand überströmt, so daß sich in dem Behältersystem stets ein konstanter oder nahezu konstanter Druck befindet, wobei über das gasdichte Ventil (12) die Gasfüllung und damit der Druck eirireguliert werden kann, und daß der Druck im Behöltersystem stets zwischen dem Druck an der Notzanbindung I und dem gemeinsamen Eintritt III in den Entgaser (14) liegt, wobei vorzugsweise das arithmetische Mittel verwendet werden sollte, und daß zum Zweck einer selbsttätigen ivückförderung des aufbereiteten Wassers in das Motz der Druck am Austritt IV der dem Entgaser nachgoschalteten Pumpe (16) größer als an der Netzeinspeisestelle II sein soll, wobei der Druck im Behöltorsystem zwischen diesen beiden '.'/'orten liegt, indem er vorzugsweise wiederum don arithmetischen Mittelwert bildet, und daß die Magnetventile (3), (4), (5) und (6) die Zu- und Abflüsse des BnhäItersystems in Abhängigkeit der genannten Gronzwasserstände steuern, indem die Signale der vier Grcnzwassorständo im Steuergerät (13) vorarbeitet und Schalt impulse an die stromlos geschlossenen Msonctvontile so erfolgen, daß bei Erreichen

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des Grenzwasserstandes LC 4 das Ventil (5) und bei Erreichen von LC 1 das Ventil (3) schließt und daß sofort nach Abschluß dor beiden Magnetventile oder einer einstellbaren Zeitverzögerung die Ventile (4) und (5') gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig offnen, wobei bei Erreichen des Grenzwasserstandes LC 2 das Ventil (4) und bei Erreichen von LC 3 das Vantil (6) wiederum schließt und daß erst nach Abschluß beider Ventile sofort oder zeitverzögert die Ventile (3) und (5) gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig geöffnet werden und daß zur Angleichung der Zu- und Abflußzeiten sowie zur generellen Beeinflussung der Transportzeiten unter Beachtung бег unterschiedlichen Druckdifferenzen und Strömungswiderstände in den Rohrleitungen eine manuelle Einrogulierung der Drosseloder Stellventile (7), (8), (9) und (10) vorgenommen werden kann, und daß die in einem Intervall zu fördernden Volumina AV₁ und Δν_ durch die Wahl der Grenzwasserstände festlegbar sind, wobei die gewünschten Massonströme mit den spezifischen Volumina, die an den Eintrittspunkten I und IV vorliegen, zu multiplizieren sind, und daß zur Anpassung an veränderliche Förderbedingungen die Volumina AV. und AV auch veränderlich gestaltet werden können, indem die Grenzwossorständc örtlich verändert, zwischen mehreren umschaltbar oder kontinuierlich in Abhängigkeit der Modionto.iipomtur, djo an don Eintrittspunkten anliegt, geir.üo einer vorgegebenen Funktion automatisiert verstellt werden*

2. Einrichtung nach .4'nkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuspeisostello ino Motz II cruckr.iäßig so liegt, daß dia im Punkt 1 gegeJenen Cmpf^hlungon bezüglich das Druckes i^rii Dchältcrsyctem nicht realisierbar int odor daß eine selbsttätige iJückspcicung nicht gegeben ist, so daß eine zusätzliche ^unpc (3 7) о?э Vickfördorung übernimmt, die gleich falls vcr.i -'tcuarg jrüt (3 3) aus gocchaltct wird, 3 ride*, diece synchron ''.um 'C if pen düu tiegnetvonti] s (C)

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betriebon wird oder jndem diese während der gesamten Betriebszeit der Teilstronentgasung lau Pt₁ v/obai ein zuoätzlichor Dypass zur Ршлре angebracht werden kann.

3» Einrichtung nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zeitintervall, vorzugsweise pro Stunde, eine bestimmte Anzahl von Fördorintcrvallen vorgegeben ist und das Steuergerät, welches beispielsweise mit einen Mikrorechner bestückt ist, die selbsttätige Bestimmung der Zeitverzögerungen zwischen dom Schliefen und i'ffnon dar Magnetventile auf der Grundlage der ermittelten Schaltzeiten für ein Förderintervall vornirnnt und diese laufend korrigiert,

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