DD247387A1

DD247387A1 - Vorrichtung zur druckentspannung gasbeladener und/oder feststoffhaltiger fluessigkeiten

Info

Publication number: DD247387A1
Application number: DD28873686A
Authority: DD
Inventors: Rainer Syrbe; Gert Rosenkranz; Peter Kunze; Martin Perrin; Werner Knobbe
Original assignee: Grotewohl Boehlen Veb
Priority date: 1986-04-03
Filing date: 1986-04-03
Publication date: 1987-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entspannung unter hohem Druck stehender gasbeladener und/oder feststoffhaltiger Fluessigkeiten, insbesondere von Oelen, Kohle-Oel-Suspensionen sowie Hydrier- und Destillationsrueckstaenden. Erfindungsgemaess wird dies durch entgegengesetzt geleitete Fluessigkeitsteilstroeme erreicht, die ihre kinetische Energie in einer Prallzone durch Impulsaddition abbauen, wobei ein Aufschlag auf feste Prallflaechen weitgehend vermieden wird.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entspannung unter hohem Druck stehender gasbeladener und/oder feststoffhaltiger Flüssigkeiten, insbesondere von Ölen, Kohle-Öl-Suspensionen sowie Hydrier- und Destillationsrückständen. Sie ist vorzugsweise in Prozessen der Kohleveredlung und der chemischen Industrie anwendbar, wie z. B. in Hydrieranlagen, Druckgaswäschen und anderen Anlagenbereichen, in denen Systeme zur Entspannung von unter hohem Druck stehenden Flüssigkeiten erforderlich sind. Die Erfindung eignet sich auch besonders für kleinere Anlagen oder Teilsysteme mit geringem oder diskontinuierlichem Volumenstrom.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur Druckentspannung von Flüssigkeiten mitteilweiser Rückgewinnung der Entspannungsenergie werden Entspannungsmaschinen eingesetzt. Die Entspannungsmaschinen verlangen eine möglichst kontinuierliche Zuführung der zu entspannenden Flüssigkeit. Nachteilig ist, daß zur Beherrschung des Gas- und Feststoffanteiles ein erheblicher Aufwand an Vorschalt-, Neben- und Steueranlagen, Einsatz von Pendelflüssigkeit u.a. Maßnahmen erforderlich sind.

Weiterhin können zur Druckentspannung von Flüssigkeiten Spezialarmaturen mit mehrstufiger Entspannung, wie z. B.

Kaskadenventile und Drosselstrecken, eingesetzt werden. Für feststoff haltige Flüssigkeiten ist diese Lösung nur bedingt anwendbar, da sich als Nachteil, insbesondere an den Drossel- und Umlenkstellen dieser Armaturen, ein extremer erosiver Verschleiß ergibt, der zu einer starken Reduzierung der Standzeit führt.

Speziell in Bereichen der Hochdruckhydrierung wurden bis Mitte der fünfziger Jahre Drosselventile, sogenannte Patronenventile, zur Entspannung u.a. feststoffhaltiger Medien eingesetzt. Dabei wurde in einem einstufigen Drosseiquerschnitt die gesamte potentielle Energie in kinetische Energie umgesetzt. Der Abbau dieser kinetischen Energie erfolgte in einem dem eigentlichen Ventil nachgeordneten Rohr, an dessen Ende ein Prallstück angesetzt war. Als Nachteil war zu verzeichnen, daß dieses Prallstück einer erheblichen statischen und abrasiven Belastung, insbesondere durch Kavitation, ausgesetzt war, da auf der relativ kleinen Fläche die gesamte kinetische Energie umgesetzt werden mußte.

In DD 211844 wird vorgeschlagen, den Entspannungsvorgang in einem Drosselventil bei Einsatz feststoffhaltiger Produkte dadurch zu verbessern, daß durch Verwendung eines Stößels, der in einer Bohrung des Ventilkegels geführt wird und in die Düsenbohrung eintaucht, Versetzungen aus der Düsenbohrung entfernt werden können.

Aus dieser Lösung ergibt sich eine Erhöhung der Betriebssicherheit beim Einsatz des Drosselentspannungsventiles für feststoffhaltige Produkte. Eine Verlängerung der Standzeit oder eine Verbesserung des Verschleißverhaltens im Prallbereich des entspannten Produktes sind nicht Gegenstand dieses Lösungsvorschlages.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Entspannung unter hohem Druck stehender feststoffhaltiger und gasbeladener Flüssigkeiten zu entwickeln, die die Nachteile der vorgenannten Lösungen wesentlich vermindert und insbesondere eine höhere Standzeit aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wird, besteht darin, eine Vorrichtung zu entwickeln, bei der ein Energieabbau der unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit erreicht wird, ohne daß ein intensiver Wandkontakt erfolgt und die erosive Belastung von Prallflächen weitgehend vermieden wird.

Merkmale der Erfindung

Die technische Aufgabe wird dadurch gelöst, daß durch Nutzung des Prinzips der Addition von im Betrag etwa gleichgroßen

Impulsen entgegengesetzter Flüssigkeitsströme ein Energieabbau erreicht wird, ohne daß primär ein Aufschlag auf eine feste

Prallfläche erfolgt. Dazu wird die unter hohem Druck stehende Flüssigkeit auf Teilströme aufgeteilt und über entsprechend

gerichtete Düsen so gegeneinander geleitet, daß sich zwischen den Düsenköpfen eine Prallzone ausbildet, in der der Abbau der kinetischen Energie erfolgt.

In Analogie dazu kann sich diese Prallzone auch innerhalb eines Düsenkranzes oder einer Ringspaltdüse ausbilden.

In der Prallzone erfolgt eine intensive Zerkleinerung der mitgeführten Feststoffpartikel und ein rasches Entweichen eines großen Teils der in der Flüssigkeit gelösten Gase. Zur unmittelbaren Abführung dieser Entspannungsgase sind im Oberteil des

Entspannungsgehäuses die Öffnungen zu den Entgasungskanälen angeordnet.

Um für den in der Prallzone entstehenden Restimpuls eine definierte Hauptrichtung zu erhalten und um bei zeitweiligen

Unregelmäßigkeiten im Strömungsverlauf eine Beschädigung der jeweils gegenüberliegenden Düsenköpfe zu vermeiden,

werden die Düsen zweckmäßigerweise so angeordnet, daß die entgegengesetzt liegenden Strömungsachsen bzw. -ebenen

einen nach unten gerichteten stumpfen Winkel von vorzugsweise 135 bis 160 Grad bilden. Zur Aufnahme des Restimpulses dient das in der im Unterteil des Entspannungsgehäuses angeordneten Sumpfwanne befindliche Bad der entspannten Flüssigkeit. Die seitlich angeordneten Überlauföffnungen dienen zur Standhaltung dieses Bades und zum Ablauf des entspannten Produktes. Im Boden- und Seitenbereich der Sumpfwanne ist eine verschleißfeste Auskleidung angebracht, um bei einem eventuellen

Durchschlagen des Restimpulses eine Beschädigung dieser Bereiche zu vermeiden. Sofern sich in der Sumpfwanne

Absetzungen der in der Flüssigkeit mitgeführten Feststoffe ergeben, dienen diese vorteilhaft als zusätzlicher Schutz des

Bodenbereiches.

Der besondere Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß der Abbau der kinetischen Energie der Flüssigkeit in einer sich

zwischen den Flüssigkeitsströmen selbst ausbildenden Prallzone und nicht wie bei bisher bekannten Lösungen auf einer festen Prallfäche vollzieht. Damit ist im primären Prallbereich ein Materialabtrag durch Abrasion und Kavitation ausgeschlossen,

wodurch eine relativ hohe Standzeit dieser Vorrichtung erreicht wird.

Ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen Drosselventilen besteht darin, daß ein wesentlicherTeil des Entspannungsgases in der Prallzone freigesetzt und unmittelbar am Entstehungsort abgeführt wird.

Die mengen- und schwingungsmäßige Belastung der Produktableitungen wird dadurch verringert. Da das

Entspannungsgehäuse weitgehend mit flüssigkeitsgefüllten Räumen umgeben ist, erfolgt eine optimale Abschirmung desin der Prallzone entstehenden Lärms.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Beispiels und einer Zeichnung soll die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert werden

Ein gasbeladener Heißabscheiderrückstand aus einem Kohlehydrierprozeß mit den Parametern

Mengenstrom	7,76 t/h
Feststoffanteil	2,45 t/h ώ, 33,4%
Anteil gelöster Gase	0,16 t/h
Druck	24MPa
Temperatur	200⁰C

wird der Entspannungsvorrichtung gemäß Figur 1 über den Produkteintrittsstutzen 1 zugeführt

Im Hochdruckverteiler 2 wird die strömende Flüssigkeit in zwei etwa gleiche Teilströme aufgeteilt, die über zwei im Entspannungsgehäuseoberteil 13 angeordnete Düsen 3 im Freistrahl gegeneinander geleitet werden. Die Strömungskanäle 15 der Düsen, deren Achslinien zueinander einen Winkel von 140° bilden, sind gleichartig und mit gleichen konstruktiven Abmessungen ausgeführt und verfügen über auswechselbare verschleißarme Düseneinsätze 4.

In einer sich ausbildenden Prallzone 5 vollzieht sich durch Impulsaddition der Abbau der kinetischen Energie beider Teilströme. Der aus der Düsenanordnung resultierende Restimpuls wird durch Einleiten der Flüssigkeit in den in der Sumpfwanne 6 befindlichen Stand der entspannten Flüssigkeit 7 aufgenommen. Die Sumpfwanne ist mit einer verschleißfesten Auskleidung 14 ausgestattet. Über die im Entspannungsgehäuseunterteil 8 befindlichen Überlauföffnungen 9 gelangt die entspannte Flüssigkeit über den Produktaustrittsstutzen 10 in die abgehende Produktleitung. Gleichzeitig dienen diese Überlauföffnungen zur Haltung des Flüssigkeitsstandes 7 in der Sumpfwanne. Die in der Prallzone freigesetzten Entspannungsgase werden über die Entgasungskanäle 11 und den Gasaustrittsstutzen 12 in das Entspannungsgassystem abgeleitet.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Vorrichtung zur Druckentspannung gasbeladener und/oder feststoffhaltiger Flüssigkeiten, gekennzeichnet dadurch, daß in einem Entspannungsgehäuse, bestehend aus einem mit Entgasungskanälen versehenen Oberteil und einem mit einer Sumpfwanne und seitlich angebrachten Überlauföffnungen ausgestatteten Unterteil, zueinander entgegengesetzt gerichtete Düsen angeordnet sind, deren Mittelebenen oder Achslinien der Strömungskanäle zueinander einen nach der Sumpfwanne gerichteten stumpfen oder einen gestreckten Winkel bilden und zwischen denen sich eine Prallzone ausbildet, die je nach Einbaulage der Düsenköpfe oberhalb oder unterhalb des sich einstellenden Flüssigkeitsstandes liegt.
2. Vorrichtung nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der Sumpfwanne ein Behälter, in dem ein Flüssigkeitsstand gehalten wird, direkt mit dem Unterteil des Entspannungsgehäuses gekoppelt ist.
3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsen in bekannter Weise mit Ventilsitzen und regelbaren Ventilkegeln aus verschleißarmem Material ausgestattet sind.
4. Vorrichtung nach Punkt 1,2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß unter Verwendung bekannter Elemente der Regeltechnik, die Ventilkegel mit in Verlängerung der Achslinien der Strömungskanäle angebrachten mechanischen, hydraulischen oder piezoelektrischen Gebern gekoppelt sind und dadurch ein Regelsystem zum selbsttätigen Ausgleich von zwischen den Teilströmen auftretenden Impulsdifferenzen bilden.
5. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Düsen paar oder mehrere Düsenpaare aus frei strahlenden Düsen verwendet werden, die in einem oder in mehreren Entspannungsgehäusen angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Punkt 1,2 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die parallel zueinander liegenden Düsenpaare mittels bekannter Auf/Zu-Armaturen einzeln oder gruppenweise zu- oder abgeschaltet werden können.
7. Vorrichtung nach Punkt 1,2 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsen mindestens auf einer Sicht des Entspannungsgehäuses so bewegt werden können, daß der Abstand zwischen den Düsenköpfen variabel ist.
8. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Düsen rotationssymmetrisch in Form eines Düsenringes angeordnet sind, wobei sich die Achslinien bzw. -ebenen der Strömungskanäle in einem Punkt treffen und eine kegel- oder scheibenförmige Fläche bilden.
9. Vorrichtung nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß sich zwischen Hochdruck- und Niederdruckbereich der Vorrichtung anstelle eines Düsenringes eine ringförmige Öffnung im Entspannungsgehäuse befindet, die mit einer Ringspaltdüse aus verschleißarmem Material ausgestattet ist und deren Strahlebene eine kegel- oder scheibenförmige Fläche bildet.
10. Vorrichtung nach Punkt 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil des Entspannungsgehäuses gegenüber dem Unterteil in senkrechter Richtung so bewegt werden kann, daß eine variable Öffnung der Ringspaltdüse einstellbar ist.