DE10015033B4

DE10015033B4 - Rohrleitungsintegrierter Abscheider / Strömungsrichter für Feststoff- und Flüssigkeitspartikel aus Gasen

Info

Publication number: DE10015033B4
Application number: DE2000115033
Authority: DE
Inventors: Maarten Hendrik Van Ooijen
Original assignee: Votech Filter GmbH
Current assignee: Votech Filter GmbH
Priority date: 2000-03-25
Filing date: 2000-03-25
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2020-03-26
Also published as: DE10015033A1

Abstract

Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter für Feststoff- und Flüssigkeitspartikel aus Gasen, mit einem Gaseintritt (02), einem Gasaustritt (03), sowie eine Abfuhr (09) zum Auffang und zur Ableitung der gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaufelpaket (06) wenigstens einmal den ganzen Rohrleitungsquerschnitt abschirmt und die Schaufeln (05) in der planen Ausführung um einen Winkel verdreht sind, so dass die radial-gerichtete Strömung im wesentlichen über den. Radius konstant ist.

Description

Die Erfindung betrifft Abscheider für mit Feststoff- und/oder Flüssigkeitspartikeln beladene Gasströme wie sie bei dem Erdgas- und Drucklufttransport Anwendung finden, die zugleich den Effekt eines Strömungsrichters haben.
Abscheider bekannter Art kommen in verschiedenen Typen häufig zum Einsatz und haben, generell gesehen, die Aufgabe eine bestimmte Komponente aus der Hauptströmung zu trennen und diese kontinuierlich oder schubweise abzuleiten. Besonders dort, wo Gasströme verunreinigt sind mit Feststoff- und/oder Flüssigkeitspartikeln, gibt es viele Ausführungsformen. Hauptsächlich kann man unterscheiden: die Zyklon, die sehr viel in der Erdgas- und Erdölindustrie eingesetzt werden, Sedimentationsabscheider, die u. a. beschrieben sind in DE 197 36 496 A1 und viel zu finden sind Gasförderungsstätten, und die Gasumlenkabscheider u. a. beschrieben in DE 195 28 286 A1 , DE 607 963 A , DE 43 21 436 C2 . Zyklone als auch Sedimentationsabscheider haben den Nachteil des großen Bauvolumes und dadurch hohen Kosten aufgrund ihrer dicken Gerätewände. Ebenso wird ein rohrleitungsintegrierter Abscheider vorgestellt in DE 94 02 231 A1 der aber nur an der Aussenseite seine Abscheideleistung voll erbringt. Abscheidung der Teilchen in der Rohrmittennähe wird ausschliesslich durch Diffusion erreicht.
Die Nachteile von Filter-Apparaten sind wartungstechnisch: Anstatt kontinuierlich werden die Begleitphasen schubweise herausgeführt. Weiterhin haben diese Art Apparate einerseits eine große Bauform und anderseits stört die meist wirbelnde Strömung in den nachgeschalteten Rohren und Apparaten. Vor allem, wenn Abscheider und Filter Meß- und Regelanlagen vorgeschaltet werden, kann dieses zu erheblichen Betriebsproblemen, Schäden und Kostensteigerungen führen. Weiterhin haben viele Abscheider eine derartige Abhängigkeit der Abscheidung von der durchfließenden Menge, daß sie nur in einem beschränkten Arbeitsgebiet effektiv sind. Ausserdem werden bei rohrleitungsintegrierten Anscheidern die Teilchen in der Rohrmitte wesentlich weniger in Rotation versetzt als in der Nähe der Rohrwandung. Abscheidung der Teilchen in der Rohrmittennähe wird ausschliesslich durch Diffusion von Impuls und Partikeln erreicht. Hierdurch braucht ein rohrleitungsintegrierter Abscheider herkömmlicher Art viel Durchflusslänge.
Aufgabe der Erfindung ist, einen kompakten Abscheider für mit Feststoff- und/oder Flüssigkeitspartikeln beladene Gasströme zu schaffen, der in die Rohrleitung eingebaut werden kann, wobei das austretende Gas wirbelfrei ausströmt. Weiterhin darf der Wirkungsgrad bei Über- und Unterbelastung nicht nachlassen und die Verunreinigungen sollen kontinuierlich abgeführt werden können. die Merkmale der Ansprüche 1 und 7.
Erfindungsgemäß wird dieses erreicht durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 7. Das Schaufelpaket bringt das gas in Rotation, und dadurch wird ein rotationssymmetrisches Beschleunigungsfeld erzeugt, zugleich werden aber jegliche Wirbel des eingehenden Gasstromes zerstört und der Gasstrom dadurch gerichtet. Eine vollständige, gleichmässige Rotation des Gas-Begleitstoffgemisches, wobei die radial-gerichtete Strömung im wesentlichen über den Radius konstant bleibt oder im wesentlichen an der Schaufelachse (15) in radialer Richtung ungleich null ist, ist hierfür ein wesenlicher Lösungsteil. Die Rotation wird durch gezielte Form (plan, gewölbt) und Stellung der Schaufeln am Ende des Pakets so gestoppt, daß die Gasströmung sich nahezu nicht von der Schaufelfläche ablöst und wirbelfrei abströmt. Außerdem ist es möglich, den Abscheidegrad der Begleitphase anzupassen, so daß nicht unnötig Druckverlust entsteht.
Ein erfindungsgemäßer Abscheider weist verschiedene Vorteile auf: Erstens werden eingehende Gasstromwirbel zerstört, ohne weitere Wirbel zu erzeugen in dem austretenden Gasstrom.
Zweitens braucht der Rohrleitungsdurchmesser des eingehenden Rohres nicht vergrößert zu werden, um den Abscheider unterzubringen. Drittens ist die Länge des Abscheiders auch beschränkt, weil die Partikel sich auch von der Mitte des Rohres zur Rohrwand bewegen. Weiterhin kann das Schaufelpaket dem eintreffenden Partikelspektrum angepaßt werden durch Längenveränderung, so daß nicht unnötig Druckverlust entsteht. Hierdurch ist der rohrleitungsintegrierte Abscheider ein exzellenter Zusatz für einen Gasumleitungsabscheider sowie beschrieben in DE 195 28 286 A1 und DE 197 36 496 A1 der in den höheren Durchsatzgeschwindigkeiten nicht nur eine stark verwirbelte Strömung, sondern auch die aus dem Gasstrom koalisierte Flüssigkeiten mit den darin enthaltenen Feststoffen als grobe Tropfen produziert. Hierdurch kann der erfindungsgemäße Abscheider sehr kompakt ausgelegt werden und eine saubere, wirbelfreie Strömung liefern.
Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 1 bis 4 erläutert. Es zeigen:
1: In Schnittdarstellung einen Abscheider für mit Fest- und Flüssigkeitspartikel beladene Gasströme, abgebildet quer zur Fließrichtung
2: Einen Abscheider für mit Feststoff- und Flüssigkeitspartikel beladene Gasströme gemäß 1 in einer 90° gedrehten Schnittdarstellung, mit der Sicht in Fließrichtung
3: Ansicht des Anfangs des Schaufelpakets, dargestellt als Drahtmodell
4: Wie 1, aber mit Darstellung des Strömungsrichtereffekts
Der Abscheider verfügt über ein langgestrecktes, rundes Rohrleitungsformstück (01), mit einem Gasaustritt (03) an einem Ende und einem Gaseintritt (02) am anderen Ende. Die Pfeile (02 und 03) geben die Strömungsrichtung an. Im Inneren des Rohrleitungsformstückes (01) befinden sich Schaufeln (05), die der Hauptrohrachse hinsichtlich verdreht stehen und somit das Gas in Radialrichtung zur Seite drücken. Hierdurch entsteht in einer bevorzugten Form einer runddrehende Strömung, wobei die radial-gerichtete Strömung im wesentlichen über den Radius konstant bleibt oder im wesentlichen an der Schaufelachse (15) in radialer Richtung ungleich null ist, so daß das radiale Beschleunigungsfeld derart gestaltet ist, daß die so entstehende künstliche Gravitation zur Außenseite hin abnimmt. Dieses ist besonders vorteilhaft für differenzdruckkritische Anwendungen, da das Gas nicht unnötig beschleunigt wird.
Die Verteilung der Schaufeln (05) über die ganze Rohrquerschnittsflache ist in einer bevorzugten Form derart, daß in Strömungsrichtung oder entgegengesetzt gesehen, sich keine unverdeckten Rohrsektionen bilden. Hierdurch werden die Wirbel des eingehenden Gasstroms (07) eliminiert, und es entsteht eine gerichtete Strömung (04).
Die dreidimensionale Anordnung der Schaufeln kann so sein, daß sie wohl an der Innenseite d. h. an der Schaufelachse (15) in einer oder mehreren spiralförmigen Anordnungen angebracht werden, aber an der Außenseite, in einer bevorzugten Ausführungsform am perforierten Rohr (12), nicht in einer geordneten einander folgenden Anordnung sind. Hierzu werden die Schaufeln in der planen Ausführung orthogonal zur Tangente der Schaufelachse an der Berürungsstelle der Mittellinie der Schaufel an der Schaufelachse befestigt. Hierdurch wird erreicht, daß die Strömung in sehr viele ungleichförmige Teile verteilt wird und somit keine größeren Wirbel mehr aufweist.
Um die Rotation des Gases in dem Schaufelpaket (06) nicht in die nachgeschaltete Rohrleitung (08) und/oder Apparate fließen zu lassen, wird vorgeschlagen, das Schaufelpaket (06) nach der Flüssigkeitsabfuhr (09) noch etwas weiter durchzusetzen. Dieses geschieht in dem sogenannten Wirbelanhalter (10), worin die Schaufeln (05) so gerichtet sind, daß die Rotation des Gases wirbelfrei abgebremst wird. Zusätzlich kann ein Kreuz (11) eine eventuelle Restrotation eliminieren.
Um den Differenzdruck zu steuern, kann das Schaufelpaket bei sich ändernden Betriebsverhältnissen (Druck, Verschmutzung) ausgetauscht werden gegen ein besseres, optimalisierteres Schaufelpaket. Wenn diese Auswechslung aber sehr oft stattfinden muß, wird vorgeschlagen die Schaufeln (05) des Schaufelpakets (06) auszustatten mit einem üblichen Schaufelverstellsystem, sowie dieses auch fast in jeder größeren Gasturbine zu finden ist. Als Bedarfsbeispiel denke man an besonders differenzdruckkritische Anwendungen, wo außerdem der Druck und das anfallende Partikelspektrum von Zeit zu Zeit sehr unterschiedlich ist.
Die Schaufeln (05) befinden sich in einer bevorzugten Ausführungsform innerhalb eines perforierten Rohres (12), durch das die abgeschiedenen (herausgeschleuderten) Flüssigkeiten mit den enthaltenen Feststoffen austreten. Durch die Perforation (13) hört die runddrehende Strömung außerhalb des Rohres (12) auf. Da die runddrehende Strömung in dem Rohr (12) wohl existiert, strömt die Flüssigkeit mit den darin enthaltenen Feststoffen um das Rohr über die Perforationen (13) unter Einfluß der Schwerkraft zur Unterseite (16) des Rohrleitungsformstückes (01). In einer bevorzugten Form wird das Rohr (12) dem Rohrleitungsformstück (01) hinsichtlich exzentrisch angeordnet, um die Abfuhr der Flüssigkeiten mit den darin enthaltenen Feststoffen zu befördern.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rohr (12) oberhalb der Flüssigkeitsabfuhr (09) keine Perforationen (13) mehr auf, so daß die abgeschiedenen Flüssigkeiten mit den darin enthaltenen Feststoffen, wenn sie in den Spalt zwischen Rohr (12) und Rohrleitungsformstückinnenwand (01) oberhalb der Flüssigkeitsabfuhr noch nicht ganz zur Unterseite des Rohrleitungsformstückes (16) geströmt sind, nicht wieder in die Hauptströmung im Gasaustritt (03) fließen. Hierdurch stauen sich durch diese Ausführungsform die abgeschiedenen Flüssigkeiten mit den darin enthaltenen Feststoffen auf und strömen zur Flüssigkeitsabfuhr (09).

Falls die Flüssigkeitsabfuhr (09) in einen abgeschlossenen Tank mündet oder andertweitig abgeschlossen ist, muß das von den einfließenden Flüssigkeiten mit den darin enthaltenen Feststoffen herausgetriebene Gas durch die Oberseite des Spaltes zwischen Rohr (12) und Rohrleitungsformstück (01) ausströmen. Wenn die abgeschiedenen Flüssigkeiten sich dermaßen aufstauen, daß der Spalt zwischen Rohr (12) und Rohrleitungsformstück (01) vollständig von Flüssigkeit gefüllt ist, kann kein Gas mehr aus der Flüssigkeitsabfuhr (09) strömen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Rohr (12) oberhalb der Flüssigkeitsabfuhr (09) an der Oberseite des Rohres (12) eine Kommunikationsöffnung (17) auf, um das von den einfließenden Flüssigkeiten aus der Flüssigkeitsabfuhr (09) herausgetriebene Gas ausströmen zu lassen. Stückliste:

Nummer	Beschreibung
01	Rohrleitungsformstück
02	Gaseintritt und Strömungsrichtung
03	Gasaustritt und Strömungsrichtung
04	gerichtete Strömung ohne Wirbel
05	Schaufeln
06	Schaufelpaket
07	Wirbel des eingehenden Gasstromes
08	Nachgeschaltete Rohrleitung
09	Flüssigkeitsabfuhr
10	Wirbelanhalter
11	Kreuz
12	Perforiertes Rohr
13	Perforation
14	Schaufeln der Wirbelanhalter
15	Schaufelachse
16	Unterseite des Rohrleitungsformstückes
17	Kommunikationsöffnung

Claims

Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter für Feststoff- und Flüssigkeitspartikel aus Gasen, mit einem Gaseintritt (02), einem Gasaustritt (03), sowie eine Abfuhr (09) zum Auffang und zur Ableitung der gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaufelpaket (06) wenigstens einmal den ganzen Rohrleitungsquerschnitt abschirmt und die Schaufeln (05) in der planen Ausführung um einen Winkel verdreht sind, so dass die radial-gerichtete Strömung im wesentlichen über den. Radius konstant ist.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter für Feststoff- und Flüssigkeitspartikel aus Gasen, mit einem Gaseintritt (02), einem Gasaustritt (03), sowie eine Abfuhr (09) zum Auffang und zur Ableitung der gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaufelpaket (06) wenigstens einmal den ganzen Rohrleitungsquerschnitt abschirmt und die Schaufeln (05) in der nicht-planen Ausführung um einen Winkel verdreht sind, so daß die radial-gerichtete Strömung im wesentlichen an der Schaufelachse (15) in radialer Richtung ungleich null ist und zur Wand des Rohrleitungsformstückes (01) über den Radius verlauft.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder beiden der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (05) an der Schaufelachse (15) in einer oder mehreren spiralförmigen Anordnungen befestigt sind, so daß daß die Strömung in sehr viele ungleichförmige Teile verteilt wird und somit keine größeren Wirbel mehr aufweist.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (05) orthogonal zur Tangente der Schaufelachse (15) an der Berührungsstelle der Mittellinie der Schaufel an der Schaufelachse (15) befestigt sind, so daß daß die Strömung in sehr viele ungleichförmige Teile verteilt wird und somit keine größeren Wirbel mehr aufweist.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaufelpaket (06) in Länge, Schaufelzahl und Winkel hinsichtlich Hauptströmungsrichtung (02 bzw. 03) variiert wird, so daß es den anfallenden Begleitphasen und der Gasdichte angepaßt werden kann.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Variation durch Verstellmechanismen bewerkstelligt wird, so daß diese Variation ohne Betriebsunterbrechung geschehen kann.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Schaufelpakets (06) die Schaufeln (05) derart gerichtet werden, daß die Rotation der Strömung angehalten wird (Wirbelanhalter (10)).
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Schaufelpakets (06) sich ein Kreuz (11) befindet, so daß die Rotation der Strömung angehalten wird und wirbelfrei (04) abströmen kann.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Schaufelpakets (06) mit Wirbelanhalter (10) sich ein Kreuz (11) befindet, so daß die Strömung (04) wirbelfrei abströmen kann.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich um das Schaufelpaket (06) ein gelochtes Rohr (12) befindet, das die Strömungsrotation anhält und die gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen durchläßt, so daß die gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen in der Richtung des Flüssigkeitsabfuhres (09) strömen können.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) runde und/oder schlitzförmige und/oder vierkantige Öffnungen(13) aufweist.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Ansprüche 10 und/oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) aus zwei oder mehr Segmenten besteht, so daß die Flüssigkeitsabfuhr und Stabilität verbessert wird.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (12) oberhalb des Flüssigkeitsabfuhr (09) nicht gelocht ist, so daß Flüssigkeitsdurchschlag in Richtung Gasaustritt (03) vermieden werden kann.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Seite des Rohres (12) gegen die Rohrleitungsformstückwand (01) abgedichtet ist, so daß eine Weiterströmung der abgescheidenen Begleitphasen verhindert wird.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß an der dichten Seite des Rohres (12) sich eine Kommunikationsöffnung (17) befindet, so daß das von den einfließenden Flüssigkeiten aus der Flüssigkeitsabfuhr (09) herausgetriebene Gas ausströmen kann.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationsöffnung (17) sich an der Oberseite der dichten Seite des Rohres (12) befindet, so daß diese nicht verstopft.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Schaufelpaket (06) exzentrisch in dem Rohrleitungsformstück (01) befindet, so daß die gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen besser abgeführt werden können.
Rohrleitungsintegrierter Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr (12) exzentrisch in dem Rohrleitungsformstück (01) befindet, so daß die gesammelten Flüssigkeiten mit den abgeschiedenen Feststoffen besser abgeführt werden können.
Verwendung der Abscheider/Strömungsrichter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die herauskoalisierten Flüssigkeiten und die eventuell darin verbliebenen Feststoffe abgeschieden werden können.