DE10151321B4 - Gasdruckregeler - Google Patents

Abstract

Gasdruckregler, insbesondere eine Einrichtung zur thermischen Disproportionierung eines Gasstromes bei der Druckminderung in Gasdruckregelanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirbelrohr (2) in einem äußeren Rohrkörper (1) derart integriert ist, dass sich zwischen den Wirbelrohraußenwänden (12) und dem äußeren Rohrkörper (1) ein Warmgaskanal (13) bildet, in den ein aus dem Wirbelrohr (2) austretender Warmgasstrom (9) zur Umhüllung eines Kaltgasstromes (10) gelenkt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Gasdruckregler, insbesondere eine Einrichtung zur thermischen Disproportionierung eines Gasstromes bei der Druckminderung in Gasdruckregelanlagen.
• In der Gasversorgungstechnik ist es üblich, den anstehenden Gasdruck in Gasdruckregelanlagen auf den jeweils erforderlichen Versorgungsdruck zu mindern. Dazu werden in der Praxis ausschließlich Druckminderer genutzt, die auf dem Prinzip der isenthalpen Drosselung eines Stoffstromes (Gas, Flüssigkeit) beruhen. Diese Druckminderer werden für die Gastechnik als Druckregler mit oder ohne Hilfsenergie bzw. als Regelventile ausgeführt.
• Es ist bekannt, dass sich die meisten Gase infolge des Joule-Thomson-Effektes bei der Druckreduzierung proportional zur Druckdifferenz abkühlen. Diese Abkühlung wird bei vielen Gasen von Erscheinungen begleitet, die unerwünscht bzw. gefährdend sind. Die gefährdenden Erscheinungen sind
• – Kondensat- und/oder Hydratbildung im Gasstrom,
• – Feuchtigkeitsanfall/Einfrieren des Reglers im Ventilsitz,
• – Kondensat-, Reif- oder Eisbildung an den äußeren Oberflächen des Reglers bzw. der nachfolgenden Rohrleitungsanlage (Korrosion, Ablauf des Schwitzwassers),
• – Verschluss/Einfrieren von Mess-, Steuer-,Impuls- oder Atmungsleitungen.
• Diese Erscheinungen führen in aller Regel zur Einschränkung bzw. zum vollständigen Verlust der Funktionstüchtigkeit des Bauteils Druckminderer und der Gesamtanlage. Um dem zu begegnen ist es in der Versorgungstechnik üblich, den Gasstrom, dessen Druck zu mindern ist, beim Betrieb von Gasdruckregelanlagen auf eine genügend hohe Temperatur vorzuwärmen, so dass nach erfolgter Druckreduzierung eine zur Vermeidung der o.a. unerwünschten Erscheinungen ausreichend hohe Gastemperatur gewährleistet ist.
• Diese praktizierte Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sich zur Gasvorwärmung äußere Energiequellen erforderlich machen, die kapitalintensiv in der Anschaffung und kostenaufwendig im Betrieb sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, bei der die Druckminderung in Gasdruckregelanlagen durch die thermische Disproportionierung des Gasstromes ohne Einbindung äußere Energiequellen so realisiert wird, dass bei deren Betrieb die Kondensat und/oder Hydratbildung im Gasstrom konstruktiv bedingt unbedenklich ist und äußerer Tauwasseranfall/Vereisung dauerhaft und zuverlässig durch das Funktionsprinzip in Verbindung mit der Bauart vermieden wird.
• Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass ein Wirbelrohr in einen äußeren Rohrkörper derart integriert ist, dass sich zwischen den Wirbelrohraußenwänden und dem äußeren Rohrkörper ein Warmgaskanal bildet, in den ein aus dem Wirbelrohr austretender Warmgasstrom zur Umhüllung eines Kaltgasstromes gelenkt wird. Dabei ist der äußere Rohrkörper am Warmgasende des Wirbelrohres bevorzugt halbkugelförmig ausgebildet. Die jeweiligen Temperaturen werden durch die Wahl des Kaltgasanteils mit Hilfe eines Drosselkegels eingestellt/geregelt. Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass eine separate Gasvorwärmung mithin gänzlich oder zumindest teilweise überflüssig wird und durch eine Gasnachwärmung ersetzt werden kann, dass eine das eine äußere Korrosion durch Tauwasser bzw. das Einfrieren von Mess-, Steuer-, Impuls- oder Atmungsleitungen physikalisch bedingt nicht mehr möglich ist. Die erfindungsgemäße Konstruktion zeichnet sich durch ihre Einfachheit, durch Abwesenheit beweglicher Teile, durch Verzicht auf äußere Energiequellen, durch erhebliche Kosteneinsparungen in der Anschaffung und im Betrieb sowie durch die Erreichung eines sicherheitstechnisch höheren Niveaus bei verminderten Aufwendungen aus. Es ist zudem möglich, die durch das Wirbelrohr generierte Temperaturdifferenz zwischen Kalt- und Warmgasstrom zur Betriebsüberwachung des Gasdruckreglers bzw. zur Erzeugung von z. B. elektrischer Hilfsenergie zu nutzen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sieh aus den Unteransprüchen 4 – 6.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
• Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen,
• 1 einen Gasdruckregler in Längsstromausführung,
• 2 einen Gasdruckregler in Eckbauform,
• 3 das Funktionsprinzip eines Wirbelrohres
• Die Einrichtung zur Gasdruckminderung besteht im wesentlichem aus einem äußeren Rohrkörper 1, einem in diesem integrierten Wirbelrohr 2 und einem mit dem Wirbelrohr 2 in Reihe geschaltetem Drosselventil 3.
• Am Gasstromeintritt 7 des Wirbelrohres 2 strömt ein komprimiertes Gas, durch ein zur Druckminderung mit dem Wirbelrohr 2 in Reihe geschaltetes Drosselventil 3, über eine tangential angeordnete Einströmdüse 4 durch ein konstruktiv speziell gestaltetes Rohr. Auf diese Weise wird der axialen Geschwindigkeitskomponente ein intensiver Drall überlagert. Im Inneren der verdrallten Strömung bildet sich eine Rezirkulationszone aus, in der ein Teil des Gesamtmassestromes entgegen der ursprünglichen Hauptströmung gerichtet ist. Im Falle des Wirbelrohres 2 kann das rezirkulierte Gas aus dem Kernbereich der Strömung über eine in unmittelbarer Nähe der Einströmdüse 4 angeordnete Kaltgasblende 5 abströmen. Das restliche Gas wird an der anderen Seite aus dem Außenbereich über einen entsprechenden Ringspalt 11 geführt Bezeichnend bei dieser Wirbelrohrströmung ist, dass das über die Kaltgasblende 5 ausströmende Gas eine Temperatur aufweist, die niedriger als die Eintrittstemperatur des Gases ist. Das über den Ringspalt 11 geführte Gas weist dagegen eine Temperatur auf, die über der Eingangstemperatur liegt. Man spricht vom Kalt- und Warmgas. Im Wirbelrohr 2 tritt also eine Trennung eines ursprünglich homogenen Gasstromes in einen Kaltgasstrom 10 und einen Warmgasstrom 9 auf. Dieser Effekt wird dahingehend genutzt, dass alle Bauteile der Einrichtung zur Gasdruckminderung, die von dem abgekühltem Gas durchströmt werden, nunmehr permanent vom Warmgasstrom 9 eingeschlossen sind. Dazu ist, wie aus 1 und 2 zu ersehen, das Wirbelrohr 2 von einem äußeren Rohrkörper 1 so umschlossen, dass sich zwischen der Wirbelrohraußenwand 12 und dem äußeren Rohrkörper 1 ein Warmgaskanal 13 bildet. Am Warmgasende 14 des Wirbelrohres 2 ist der äußere Rohrkörper 1 halbkugelförmig o.ä. ausgeführt. Die Einhüllung des Kaltgasstromes 10 erfolgt derart, dass der im Wirbelrohr 2 separierte Warmgasstrom 9 über einen Ringspalt 11 aus dem Innenbereich des Wirbelrohres 2 heraustritt und am Ende der halbkugelförmig ausgebildeten Außenwand des äußeren Rohrkörpers 1 so umgelenkt wird, dass er durch den Warmgaskanal 13 strömen kann und damit einen Einschluss des Kaltgasstromes 10 bewirkt. Die jeweiligen Temperaturen des Kalt- und Warmgasstromes können durch die Wahl des Kaltgasanteils, der mit Hilfe des Drosselkegels 6 fest eingestellt oder während des Betriebes verändert werden kann, geregelt werden.
• Ein weiteres grundlegendes Gestaltungsprinzip des Gasdruckreglers ist, dass kaltgasführende Rohrleitungsabschnitte stets von warmgasführenden Rohrleitungen eingehüllt werden. Mit der umgebenden Luft kontaktieren ausschließlich warmgasführende Rohrleitungen. Je nach
• Notwendigkeit ist es möglich, kaltgasführende Rohrleitungen zum warmgasführenden Rohrleitungsabschnitt hin zu dämmen. Eine Wärmedämmung der gesamten Regeleinrichtung ist möglich. Das in der Einströmdüse 4 durch starke Abkühlung des Gasstromes möglicherweise entstehende Kondensat wird in Form von Tropfen infolge der starken Zentrifugalwirkung des verdrallten Gasstromes an der Oberfläche der Wirbelrohraußenwand 12 abgeschieden und befindet sich somit immer im Warmgasstrom 9. Dort verdampft es aufgrund der höheren Temperaturen in den Gasstrom zurück; der Kaltgasstrom 10 selbst ist stets trocken. Am Gasstromaustritt 8 des Reglers bzw. an einer entsprechend gewählten Stelle werden beide Gasströme wieder vermischt. Das kann ohne aber auch mit einer speziellen Mischeinrichtung erfolgen. Diese Mischeinrichtung kann auch eine Funktion als Wärmeübertrager integrieren.

1

äußerer Rohrkörper

2

Wirbelrohr

3

Drosselventil

4

Einströmdüse

5

Kaltgasblende

6

Drosselkegel

7

Gasstromeintritt

8

Gasstromaustritt

9

Warmgasstrom

10

Kaltgasstrom

11

Ringspalt

12

Wirbelrohraußenwand

13

Warmgaskanal

14

Warmgasende

Claims (6)

1. Gasdruckregler, insbesondere eine Einrichtung zur thermischen Disproportionierung eines Gasstromes bei der Druckminderung in Gasdruckregelanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirbelrohr (2) in einem äußeren Rohrkörper (1) derart integriert ist, dass sich zwischen den Wirbelrohraußenwänden (12) und dem äußeren Rohrkörper (1) ein Warmgaskanal (13) bildet, in den ein aus dem Wirbelrohr (2) austretender Warmgasstrom (9) zur Umhüllung eines Kaltgasstromes (10) gelenkt wird.
2. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Rohrkörper (1) am Warmgasende (14) des Wirbelrohres (2) halbkugelförmig ausgebildet ist.
3. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Temperaturen durch die Wahl des Kaltgasanteils mit Hilfe eines Drosselkegels (6) einstellbar oder regelbar sind.
4. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Baugruppen des Gasruckreglers modular ausführ- und montierbar sind.
5. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die warmgasführenden Rohrleitungen gegenüber der Umgebung und/oder gegen die kaltgasführenden Rohrleitungsabschnitte wärmegedämmt ausgeführt sind.
6. Gasdruckregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalt- und Warmgasstrom am Austritt aus, der Gasdruckregelanlage an konstruktiv verschiedenen wählbaren Stellen mit Hilfe spezieller Mischeinrichtungen definierbar oder frei vermischbar ist.