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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Inertisieren einer zum Transportieren
eines kryogenen Mediums im festen oder flüssigen Zustand dienenden Transportleitung
sowie ein System zum Transportieren von kryogenen Medien.
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Kohlendioxidpartikel
in Form von Pellets oder Trockeneisschnee werden nach ihrer Erzeugung
in thermisch isolierten Leitungen zu ihrem Einsatzort gefördert. Als
Treibmittel dient dabei in der Regel Druckluft, die aufgrund der
tiefen Temperaturen der Kohlendioxidpartikel von bis zu minus 78°C zuvor einem
Trocknungsprozess unterworfen wird, um die Gefahr einer Eisbildung
zu vermeiden. Während
des Einsatzes der Transportleitung ist der Druck in der Transportleitung
höher als
der in der Außenumgebung;
auf diese Weise wird vermieden, dass feuchte Außenluft durch möglicherweise
vorhandene Leckagen in der Transportleitung eintritt.
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Während einer
Betriebspause sinkt jedoch der Druck in der Transportleitung allmählich auf
den Druck der äußeren Atmosphäre ab. Dies
hat zur Folge, dass feuchte Außenluft
durch etwaig vorhandene Leckagen, durch offen gelassene Verbindungselemente
oder durch angeschlossene, nicht gasdichte Apparaturen eintreten
kann. Die in der Luft vorhandene feuchte Luft gefriert beim Kontakt
mit dem Trockeneis oder an unterkühlten Wandabschnitten der Transportleitung
und kann dadurch zur Beeinträchtigung
des Betriebsablaufs bis hin zur völligen Verstopfung der Transportleitung
führen.
Das Gleiche gilt im Falle längerer
Stillstandzeiten: Der sich im Laufe der Zeit ansammelnde Wasserdampf
kondensiert bei Betriebsaufnahme durch den Kontakt mit dem geförderten
Trockeneis. Dadurch wird ein erheblicher Teil der in den Trockeneisteilchen
enthaltenen Kälteenergie
absorbiert und verschlechtert somit die Qualität des transportierten Trockeneises.
Bei länger
andauernden Betriebspausen führt
zudem das sich an den Wandabschnitten anlagernde Wasser zu einem
erheblich höheren
Energieaufwand beim Abkühlen
der Transportleitung auf seine Betriebstemperatur von beispielsweise
minus 78°C.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist daher, die Präsenz von Wasser in der Transportleitung dauerhaft
zu vermeiden und zudem während
Betriebspausen die Temperatur im Innern der Transportleitung möglichst
lang möglichst
niedrig zu halten.
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Diese
Aufgabe ist gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch
ein Transportsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 4.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
handelt es sich um ein Verfahren zum Inertisieren einer zum Transportieren
eines kryogenen Mediums im festen oder flüssigen Zustand dienenden Transportleitung, bei
dem während
des Betriebs der Transportleitung ein mit der Transportleitung strömungsverbundenes und/oder
in diese integriertes Speichervolumen zumindest teilweise mit dem
kryogenen Medium gefüllt, zu
Beginn einer Betriebspause mehrere Leitungsabschnitte der Transportleitung
strömungstechnisch voneinander
abgetrennt werden, im Speichervolumen verbliebenes kryogenes Medium
verdampft und das verdampfte Medium in Leitungsabschnitte eingeleitet
wird, und dort eine Atmosphäre
aus verdampftem Medium erzeugt, die einen Überdruck gegenüber der
Außenatmosphäre aufweist.
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Durch
das Verdampfen des kryogenen Mediums im Speichervolumen bildet sich
dort ein Gasüberdruck
aus. Das Gas strömt
in die mit dem Speichervolumen strömungsverbundenen Abschnitte
der Transportleitung ein und verdrängt dort etwaig vorhandene
feuchte Luft. Durch die fortwährende
Zufuhr des verdampften Mediums aus dem Speichervolumen bildet sich
auch in den gefluteten Abschnitten der Transportleitung ein geringer Überdruck
aus, der auch das Eindringen feuchter Außenluft durch etwaige Leckagen
verhindert. Zugleich wird die Transportleitung aufgrund der tiefen
Temperatur des verdampften kryogenen Mediums von zunächst nur
wenig über dem
Siede- bzw. Sublimationspunkt auf einer tiefen Temperatur gehalten,
die bei Wiederaufnahme des Betriebs die zur Abkühlung der Transportleitung
auf ihrer Betriebstemperatur aufzuwendende Energie deutlich reduziert.
Der durch das Verdampfen des kryogenen Medium erzeugte Überdruck
kann zudem dazu eingesetzt werden, eine Leckage in der Transportleitung
aufzuspüren.
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Bevorzugt
wird das verdampfte Medium erst bei Erreichen eines vorgegebenen
Grenzdruckes im Speichervolumen in Abschnitte der Transportleitung eingeleitet.
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Als
kryogenes Medium kommt vorzugsweise Kohlendioxid zum Einsatz, insbesondere
festes Kohlendioxid, das in Form von Pellets oder Schnee durch die
Transportleitung gefördert
wird. Bei Beginn einer Betriebspause verbleiben Kohlendioxidpartikel
im Speichervolumen, die mit allmählich
zunehmender Temperatur sublimieren und in der genannten Weise die
Transportleitung inertisieren.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird auch mit einem System zum Transportieren
eines kryogenen Mediums im flüssigen
oder festen Zustand durch eine Transportleitung, die stromab zu
einer Fördereinrichtung
mehrere gasdicht voneinander trennbare Leitungsabschnitte aufweist,
gelöst,
bei dem wenigstens ein Leitungsabschnitt mit einem Speichervolumen verbunden
ist,, das mit der Außenumgebung
in thermischen Kontakt bringbar ist, und das mit einer das Speichervolumen
mit zumindest einem weiteren Leitungsabschnitt der Transportleitung
verbindenden und mit einem Druckregelventil ausgerüstete Gasleitung
ausgerüstet
ist.
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Während der
Durchleitung des kryogenen Mediums durch die Transportleitung wird
also das mit diesem strömungsverbundene
Speichervolumen mit dem kryogenen Medium zumindest teilweise gefüllt, wobei
sich das Medium zumindest teilweise im flüssigen oder festen Zustand
befindet. Beim Eintritt einer Betriebspause bleibt ein Teil des
Mediums im Speichervolumen zurück.
Aufgrund des thermischen Kontakts mit der Umgebung erwärmt sich
das Speichervolumen und das in ihm befindliche Medium geht in den
gasförmigen
Zustand über.
Dadurch kommt es zu einem Druckanstieg im Innern des Speichervolumens.
Das in der Gasleitung montierte Druckventil ist derart ausgelegt,
dass es oberhalb eines bestimmten, bauartbedingt vorgegebenen oder
einstellbaren Grenzdrucks öffnet
und die Strömungsverbindung zwischen
dem Speichervolumen und den mit diesem strömungsverbundenen Abschnitten
der Transportleitung freigibt. Dadurch werden diese Abschnitte mit dem
verdampften Medium geflutet und es kommt zu einer gleichmäßigen Inertisierung
und Kühlung
dieser Leitungsabschnitte.
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Das
Speichervolumen ist in einer bevorzugten Ausgestaltung von der Transportleitung
mittels ansteuerbarer Schließarmaturen
strömungstechnisch trennbar,
die automatisch beim Eintritt der Betriebspause in ihren Schließzustand
und beim Ende der Betriebspause in ihren Öffnungszustand übergehen.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung handelt
es sich bei dem Speichervolumen um einen Leitungsabschnitt der Transportleitung
selbst. Beim Eintritt einer Betriebspause wird dieses strömungstechnisch
von den übrigen
Leitungsabschnitten getrennt, bleibt jedoch über eine separate Gasleitung,
die bevorzugt zunächst
noch mittels des Druckventils geschlossen ist, mit diesen verbunden.
Mit der Verdampfung bzw. Sublimation des kryogenen Mediums steigt
der Druck innerhalb des abgetrennten Leitungsabschnitts an. Oberhalb eines
vorgegebenen oder gewählten
Grenzdrucks wird die Gasleitung durch das Druckventil geöffnet und
das verdampfte Medium strömt
in die verbundenen Leitungsabschnitte und sorgt dort für eine Inertisierung.
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Anhand
der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert
werden. Die einzige Zeichnung (1) zeigt
schematisch eine erfindungsgemäßes System
zum Transportieren eines kryogenen Mediums.
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Bei
dem Transportsystem 1 handelt es sich um eine Einrichtung,
bei der Kohlendioxidpartikel in Form von Pellets oder Schnee mittels
Druckluft gefördert
werden. Derartige Kohlendioxidpartikel kommen in vielfältigen Bereichen
zum Einsatz, beispielsweise bei der Reinigung von Oberflächen, bei
der Kühlung von
Lebensmittelprodukten oder pharmazeutischen Präparaten, ebenso wie bei verschiedenen
Einsatzmöglichkeiten
aus dem Bereich der Chemie, der Metallurgie oder der Elektronik.
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Das
Transportsystem 1 umfasst eine Transportleitung 2,
in der die Kohlendioxidpartikel mittels einer Fördereinrichtung 3 gefördert werden.
Die Transportleitung 2 ist überwiegend mit einer thermischen
Isolierung 4 versehen, die jedoch im Bereich eines Leitungsabschnitts 5 zumindest
teilweise unterbrochen ist. Dieser Leitungsabschnitt 5 ist
mittels Stellventilen 6, 7 strömungstechnisch von den übrigen Abschnitten
der Transportleitung 2 trennbar. Vom Leitungsabschnitt 5 mündet eine
Gasleitung 8 aus, die über
Verbindungsleitungen 10, 11 mit weitern Abschnitten
der Transportleitung 2 verbunden sind. An Abzweigpunkten 12, 13 können Verbindungen
mit weiteren Leitungsabschnitten hergestellt werden. In der Gasleitung 8 ist
ein Druckventil 15 vorgesehen, das oberhalb eines bestimmten
Gasdrucks im Innern des Leitungsabschnitts 5 die Gasleitung 8 freigibt,
unterhalb dieses Gasdrucks jedoch schließt. Eine Steuereinheit 16 überwacht
und steuert den Motor der Fördereinrichtung 3 und
die Stellventile 6, 7.
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Beim
Betrieb des Transportsystems 1 sind die Stellventile 6, 7 geöffnet. Das
Druckventil 15 ist geschlossen. Kohlendioxidpartikel werden
unter der Wirkung der Fördereinrichtung 3 mittels
Druckluft durch die Transportleitung 2 gefördert. Beim
Eintritt einer Betriebspause wird der Motor der Fördereinrichtung 3 durch
ein Signal der Steuereinheit 16 abgestellt. In Innern der
gesamten Transportleitung 2 bleiben Kohlendioxidpartikel
zurück.
Um eine besonders große
Menge an zurückbleibenden
Kohlendioxidpartikeln im Innern des Leitungsabschnitts 5 zu gewährleisten,
kann der Leitungsabschnitt 5 auch eine hierzu geeignete
Geometrie aufweisen oder an einer besonderen Stelle innerhalb der
Transportleitung 2 angeordnet sein, an der ein besonders
hoher Anfall an Partikeln zu erwarten ist. Beispielsweise kann der
Leitungsabschnitt 5 gegenüber den übrigen Leitungsabschnitten
verbreitert oder im Bereich eines Knicks in der Transportleitung 2 angeordnet
sein. Zugleich mit der Fördereinrichtung
werden die gleichfalls mit der Steuereinheit 16 in Datenaustausch
stehenden Stellventile 6, 7 geschlossen. Der Leitungsabschnitt 5 ist
somit hermetisch von den übrigen
Abschnitten der Transportleitung 2 getrennt. Aufgrund der
im Bereich des Leitungsabschnitts 5 zumindest teilweise
fehlenden thermischen Isolierung 4 erwärmen sich die im Innern des
Leitungsabschnitts 5 befindliche Kohlendioxidpartikel und
sublimieren zu Kohlendioxidgas, das den Leitungsabschnitt 5 bei
allmählich
ansteigendem Druck ausfüllt.
Oberhalb eines vorgegebenen Grenzdrucks öffnet das Druckventil 15 und
das gasförmige
Kohlendioxid strömt
in die mit der Gasleitung 8 strömungsverbundenen Abschnitte
der Transportleitung 2. Dadurch entsteht in diesen Leitungsabschnitten
eine Atmosphäre
von Kohlendioxid, die gegenüber
der Außenatmosphäre einen
geringen Überdruck
aufweist und dadurch das Eindringen von feuchter Außenluft
weitgehend verhindert. Zugleich werden diese Leitungsabschnitte vom
Kohlendioxidgas, das nach seiner Sublimation einer Temperatur von
nur wenig über
minus 78°C
aufweist, gekühlt.
Die thermisch isolierten Leitungsabschnitte können so wirkungsvoll über einen
längeren Zeitraum
kalt gehalten werden werden. In dem Fall, dass ein Leitungsabschnitt strömungsoffen
ist, also beispielsweise eine Leckage aufweist oder eine nicht gasdichte
Verbindung mit einem Endgerät
aufweist, erfolgt ein gleichmäßiger Kohlendioxidstrom
durch den betreffenden Leitungsabschnitt hindurch. Nach Beendigung
der Betriebspause werden die Stellventile 6, 7 geöffnet und
der Transport von Kohlendioxidpartikeln durch die Transportleitung 2 wird
wieder aufgenommen.
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Die
Entstehung von Wassereis in der Transportleitung 2 wird
auf diese Weise wirkungsvoll unterbunden. Verluste an Energie und
Arbeitszeit werden dadurch deutlich verringert.
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- 1
- Transporteinrichtung
- 2
- Transportleitung
- 3
- Fördereinrichtung
- 4
- Isolierung
- 5
- Leitungsabschnitt
- 6
- Stellventil
- 7
- Stellventil
- 8
- Gasleitung
- 9
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- 10
- Verbindungsleitung
- 11
- Verbindungsleitung
- 12
- Abzweigpunkt
- 13
- Abzweigpunkt
- 14
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- 15
- Druckventil
- 16
- Steuereinheit