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Die Erfindung betrifft eine Wärmeträgerölanlage
- – mit einem Wärmeverbraucher sowie
- – mit einem Öl-Versorgungskreislauf zur Führung eines Öl-Versorgungsstroms von Wärmeträgeröl für den Wärmeverbraucher, wobei dem Öl-Versorgungskreislauf frisches Wärmeträgeröl zuführbar ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Befüllvorrichtung sowie ein Verfahren zum Einfüllen von frischem Wärmeträgeröl in einen Öl-Versorgungskreislauf einer Wärmeträgerölanlage mit einem Wärmeverbraucher, wobei der Öl-Versorgungskreislauf zur Führung eines Öl-Versorgungsstroms von Wärmeträgeröl für den Wärmeverbraucher vorgesehen ist.
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An Wärmeträgerölanlagen wird einem Wärmeverbraucher, beispielsweise einem Wärmetauscher, mittels Wärmeträgeröl Wärme zugeführt. Das Wärmeträgeröl zirkuliert in einem Öl-Versorgungskreislauf, in welchen der Wärmeverbraucher eingeschaltet ist. Die Vorlauftemperatur des Wärmeträgeröls kann 200°C bis 400°C betragen. Wärmetauscher der genannten Art sind u. a. an Spannplattenpressen vorgesehen.
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Vor der erstmaligen Inbetriebnahme einer Wärmeträgerölanlage und auch danach ist der Öl-Versorgungskreislauf mit frischem Wärmeträgeröl zu befüllen. Ein Nachfüllen von frischem Wärmeträgeröl kann aus verschiedenen Gründen erforderlich sein. Beispielhaft zu nennen sind eine Erweiterung der betreffenden Wärmeträgerölanlage, der Austausch eines Teils des Wärmeträgeröls wegen Ölalterung sowie der Ausgleich von Verlusten an Ölvolumen beispielsweise in Folge einer Havarie, in Folge von Wartungsarbeitung oder durch das Entfernen von Leichtsiedern aus dem Öl-Versorgungsstrom. Der jährliche Ersatzbedarf an Wärmeträgeröl liegt typischerweise bei 2% bis 10% des Wärmeträgerölvolumens einer Wärmeträgerölanlage.
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Insbesondere herstellungsbedingt oder aufgrund längerer Lagerung enthält frisches Wärmeträgeröl eine gewisse Menge Wasser. Nach dem Einfüllen des Wärmeträgeröls in den Öl-Versorgungskreislauf würde dieses Wasser bei den üblichen Betriebstemperaturen und -drücken der Wärmeträgerölanlage verdampfen. Damit verbunden wäre eine Beeinträchtigung der Betriebssicherheit der Wärmeträgerölanlage beispielsweise in Folge von Kavitationserscheinungen in Pumpen, die zur Förderung des Wärmeträgeröls in dem Öl-Versorgungskreislauf eingesetzt werden. Daher muss dem frischen Wärmeträgeröl vor dem Einleiten in den Öl-Versorgungskreislauf einer Wärmeträgerölanlage das Wasser weitestmöglich entzogen werden.
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Dies geschieht bekanntermaßen durch sogenanntes „Auskochen”. Bislang wird dabei das Wärmeträgeröl in dem Öl-Versorgungskreislauf auf eine Temperatur unterhalb der üblichen Betriebstemperatur der Wärmeträgerölanlage, in der Regel auf eine Temperatur von etwa 130°C, gebracht. Bei dieser Temperatur wird das in dem Wärmeträgeröl enthaltene Wasser in Form von Wasserdampf abgeschieden. Der Wasserdampf kann den Öl-Versorgungskreislauf beispielsweise über ein Ausdehnungsgefäß des Öl-Versorgungskreislaufs verlassen, das für die Dauer des Auskochens geöffnet ist. Nach Beendigung des Auskochens und gegebenenfalls nach Schließen des Ausdehnungsgefäßes wird die Wärmeträgerölanlage auf die erforderliche Betriebstemperatur hochgefahren.
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Während des Auskochens ist die Wärmeträgerölanlage nicht produktiv. Die Auskochtemperatur ist niedriger als die Betriebstemperatur der Wärmeträgerölanlage, da sich andernfalls Öl in dem heißen, offenen Ausdehnungsgefäß entzünden könnte. Beim Auskochen gebildete Wasserdampfblasen würden zu Betriebsstörungen der Wärmeträgerölanlage führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Nachteilen des Standes der Technik abzuhelfen.
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Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe durch die Wärmeträgerölanlage gemäß Patentanspruch 1, die Befüllvorrichtung gemäß Patentanspruch 11 sowie das Verfahren gemäß Patentanspruch 12.
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Im Falle der Erfindung wird frisches Wärmeträgeröl, welches dem Öl-Versorgungskreislauf der Wärmeträgerölanlage zuzuführen ist, in einer separaten, dem Öl-Versorgungskreislauf vorgeschalteten Befüllvorrichtung aufbereitet. Gelangt das frische Wärmeträgeröl in den Öl-Versorgungskreislauf, so befindet es sich in einem Zustand, in welchem es für die Wärmeversorgung des Wärmeverbrauchers der Wärmeträgerölanlage genutzt werden kann. Sowohl bei erstmaligem Befüllen als auch beim Nachfüllen von frischem Wärmeträgeröl erübrigt sich ein Auskochen des Öl-Versorgungskreislaufs. Ist frisches Wärmeträgeröl in den Öl-Versorgungskreislauf nachzufüllen, so kann die Wärmeträgerölanlage mit dem in dem Öl-Versorgungskreislauf bereits zirkulierenden Wärmeträgeröl ungestört betrieben werden, während gleichzeitig dem zuzuführenden frischen Wärmeträgeröl in der Befüllvorrichtung Wasser entzogen wird. Das Befüllen des Öl-Versorgungskreislaufs mit frischem Wärmeträgeröl führt im Falle der Erfindung folglich nicht zu unerwünschten Stillstandszeiten der Wärmeträgerölanlage. Ungeachtet der Zufuhr von frischem Wärmeträgeröl kann der Öl-Versorgungskreislauf gegen die Umgebung abgeschlossen bleiben.
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Besondere Ausführungsarten der Erfindung nach den Patentansprüchen 1, 11 und 12 ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 10.
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Gemäß Patentanspruch 2 wird das einzufüllende frische Wärmeträgeröl erfindungsgemäß durch Wärmezufuhr und somit durch einen bewährten und einfach zu steuernden Prozess entwässert.
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Im Falle einer bevorzugten Erfindungsbauart ist die Heizeinrichtung der Entwässerungsvorrichtung für das frische Wärmeträgeröl als Durchlauferhitzer ausgebildet (Patentanspruch 3).
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Für den Fall, dass frisches Wärmeträgeröl in einen Öl-Versorgungskreislauf aufzugeben ist, in welchem bereits erhitztes Wärmeträgeröl zirkuliert, sieht die Erfindung gemäß Patentanspruch 4 vor, dass die Heizeinrichtung der Entwässerungsvorrichtung Wärme zum Entwässern des frischen Wärmeträgeröls mittels Wärmeträgeröl aus dem Öl-Versorgungskreislauf erzeugt. Eine eigene Wärmequelle für die Entwässerungsvorrichtung ist somit verzichtbar. Stattdessen kann die Heizeinrichtung der Entwässerungsvorrichtung insbesondere als Wärmetauscher ausgeführt werden, an welchem erhitztes Wärmeträgeröl aus dem Öl-Versorgungskreislauf Wärme an das aufzubereitende frische Wärmeträgeröl abgibt.
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Um zu verhindern, dass aus dem frischen Wärmeträgeröl bereits an der Heizeinrichtung der Entwässerungsvorrichtung Wasser in erheblichem Umfang abgeschieden wird, weist die erfindungsgemäße Entwässerungsvorrichtung eine Druckquelle auf, mittels derer das an der Heizeinrichtung erhitzte frische Wärmeträgeröl unter einen Druck gesetzt wird, bei welchem zu entziehendes Wasser in dem frischen Wärmeträgeröl verbleibt (Patentanspruch 5). Als Druckquelle in Frage kommt beispielsweise eine Pumpe, mittels derer das frische Wärmeträgeröl durch die Heizeinrichtung der Entwässerungsvorrichtung gefördert wird. Zur Gewährleistung definierter Druckverhältnisse kann eine derartige Pumpe in Kombination mit einem Druckregelventil eingesetzt werden.
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Aus dem frischen Wärmeträgeröl wird das Wasser in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung an einer Entspannungsvorrichtung abgeschieden, an welcher sich das mittels der Druckquelle unter Druck gesetzte frische Wärmeträgeröl auf einen Druck entspannt, bei welchem dem frischen Wärmeträgeröl Wasser entzogen wird (Patentanspruch 6).
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Ermöglicht die Entspannungsvorrichtung eine Entspannung des frischen Wärmeträgeröls auf einen Druck, der seiner Größe nach demjenigen Druck entspricht, der in einem Ausdehnungsbehälter des Öl-Versorgungskreislaufs herrscht (Patentanspruch 7), so kann das frische Wärmeträgeröl nach seiner Aufbereitung ohne Weiteres in den Ausdehnungsbehälter des Öl-Versorgungskreislaufs eingeleitet werden.
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Von besonderem Vorteil ist die in weiterer Ausgestaltung der Erfindung realisierte Kombination der Entwässerung von frischem Wärmeträgeröl mit der Abscheidung von Leichtsiedern aus dem in dem Öl-Versorgungskreislauf geführten Öl-Versorgungsstrom. Gemäß Patentanspruch 8 wird zu diesem Zweck ein und dieselbe Entspannungsvorrichtung sowohl zur Aufbereitung von frischem Wärmeträgeröl als auch zur Aufbereitung von in dem Öl-Versorgungskreislauf bereits umlaufendem Wärmeträgeröl genutzt. Durch Einsatz einer gemeinsamen Entspannungsvorrichtung für beide Zwecke ergibt sich eine konstruktiv einfache, platzsparende und kostengünstige Bauweise der Gesamtanlage.
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Im Falle der Erfindungsbauart nach Patentanspruch 9 wird aus frischem Wärmeträgeröl abgeschiedener Wasserdampf einem Kondensator zugeführt. Auch dieser Kondensator kann in besonderer Ausgestaltung der Erfindung für die Leichtsiederabscheidung aus Wärmeträgeröl des Öl-Versorgungskreislaufs genutzt werden.
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Ausweislich Patentanspruch 10 weist die erfindungsgemäße Befüllvorrichtung einen Vorratsbehälter für frisches Wärmeträgeröl auf. Da Wärmeträgeröl üblicherweise eine geringere Dichte aufweist als Wasser, setzt sich bei entsprechend langer Lagerzeit in dem Wärmeträgeröl enthaltenes Wasser unter Schwerkraftwirkung am Grund des Vorratsbehälters ab. Dadurch wird das frische Wärmeträgeröl vorentwässert. Das sich an dem Boden des Vorratsbehälters sammelnde Wasser kann vorzugsweise an der tiefsten Stelle des Vorratsbehälters abgelassen werden. Um sicherzustellen, dass der Entwässerungsvorrichtung der Befüllvorrichtung nur vorentwässertes Wärmeträgeröl zugeführt wird, ist erfindungsgemäß der Anschluss der Entwässerungsvorrichtung an dem Vorratsbehälter oberhalb der tiefsten Stelle des Vorratsbehälters angeordnet.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer beispielhaften schematischen Darstellung näher erläutert.
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In dem dargestellten Fall wird an einer Wärmeträgerölanlage 1 bzw. an einer Wärmeträgerölanlage 1' frisches Wärmeträgeröl zum Ausgleich von Ölverlusten nachgefüllt. Die Wärmeträgerölanlage 1 umfasst einen Wärmeverbraucher 2, der in einen Öl-Versorgungskreislauf 3 eingeschaltet ist. In dem Öl-Versorgungskreislauf 3 zirkuliert Wärmeträgeröl in Form eines Öl-Versorgungsstroms. Als Wärmeträgeröl in Frage kommen vorzugsweise Mineralöle und synthetische Öle.
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Der Öl-Versorgungsstrom wird mittels einer Pumpstation 4 mit zwei Kreiselpumpen erzeugt. Ein Öl-Erhitzer 5 herkömmlicher Bauart erwärmt das Wärmeträgeröl auf die an dem Wärmeverbraucher 2 benötigte Betriebstemperatur. An den Öl-Versorgungskreislauf 3 angeschlossen ist eine Befüllvorrichtung 6, mittels derer dem Öl-Versorgungskreislauf 3 frisches Wärmeträgeröl zugeführt wird.
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Die Befülvorrichtung 6 umfasst einen Vorratsbehälter 7, eine Entwässerungsvorrichtung 8 sowie einen Kondensator 9. Die einzelnen Komponenten der Befüllvorrichtung 6 sind über Rohrleitungen miteinander verbunden.
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In dem Vorratsbehälter 7 wird frisches Wärmeträgeröl bei Raumtemperatur gelagert. Im Innern des Vorratsbehälters 7 steht oberhalb des Wärmeträgerölvolumens Inertgas, im gezeigten Beispielsfall Stickstoffgas, an. Das Stickstoffgas stammt aus einer Inertgasversorgung 10.
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Frisches Wärmeträgeröl enthält eine gewisse Menge an Wasser. Dieses Wasser besitzt eine höhere Dichte als das Wärmeträgeröl selbst. Bei entsprechend langer Lagerzeit des frischen Wärmeträgeröls setzt sich in Folge des Dichteunterschiedes Wasser am Boden des Vorratsbehälters 7 ab. Von dort kann das Wasser mittels einer an dem tiefsten Punkt des Vorratsbehälters 7 angeordneten Ablasseinrichtung 11 aus dem Vorratsbehälter 7 abgeführt werden. Dadurch wird das frische Wärmeträgeröl vorentwässert. Oberhalb der Ablasseinrichtung 11 ist an dem Vorratsbehälter 7 ein Anschluss 12 für die Entwässerungsvorrichtung 8 vorgesehen. Die Position des Anschlusses 12 ist derart gewählt, dass der Anschluss 12 mit Sicherheit oberhalb des am Boden des Vorratsbehälters 7 anstehenden Wasservolumens liegt.
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Die Entwässerungsvorrichtung 8 umfasst eine Förderpumpe 13, eine als Wärmetauscher 14 ausgeführte Heizeinrichtung sowie eine Entspannungsvorrichtung 15 mit einem Entspannungsbehälter 16 und einer zu diesem führenden Zuleitung 17.
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Mit Hilfe der Förderpumpe 13 wird frisches Wärmeträgeröl über den Anschluss 12 aus dem Vorratsbehälter 7 und durch den Wärmetauscher 14 hindurch gefördert, der nach Art eines Durchlauferhitzers arbeitet. Die Förderpumpe 13 ist als Zahnradpumpe ausgebildet und erzeugt einen konstanten Volumenstrom an frischem Wärmeträgeröl.
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Der Wärmetauscher 14 steht über eine Vorlaufleitung 18 sowie eine Rücklaufleitung 19 mit dem Öl-Versorgungskreislauf 3 in Verbindung. Heißes Wärmeträgeröl strömt über die Vorlaufleitung 18 aus dem Öl-Versorgungskreislauf 3 zu dem Wärmetauscher 14 und gibt dort Wärme an das durch den Wärmetauscher 14 geförderte frische Wärmeträgeröl ab. Danach gelangt das aus dem Primärkreislauf stammende Wärmeträgeröl über die Rücklaufleitung 19 zurück in den Öl-Versorgungskreislauf 3.
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An dem Wärmetauscher 14 ist mittels des aus dem Öl-Versorgungskreislauf 3 stammenden heißen Wärmeträgeröls das durch den Wärmetauscher 14 hindurch strömende frische Wärmeträgeröl auf eine Temperatur zu erhitzen, die für eine spätere Verdampfung des in dem Wärmeträgeröl nach wie vor enthaltenen Wassers ausreicht. Infolge der Konstanz des von der Förderpumpe 13 erzeugten Volumenstroms kann die an dem Wärmetauscher 14 bereitgestellte Temperatur steuerungstechnisch einfach auf den erforderlichen Wert eingestellt werden. Im Einzelnen erfolgt die Einstellung der Temperatur an dem Wärmetauscher 14 mittels eines Regelventils 20, das den Ölstrom in der Vorlaufleitung 18 für heißes Wärmeträgeröl regelt und das in Abhängigkeit von der Temperatur des dem Wärmetauscher 14 zugeführten frischen Wärmeträgeröls gesteuert wird.
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Die Förderpumpe 13 fungiert als Teil einer Druckquelle 21. Als weiterer Teil der Druckquelle 21 ist ein dem Wärmetauscher 14 nachgeschaltetes Druckregelventil 22 vorgesehen.
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Mittels der Druckquelle 21 wird der Druck des frischen Wärmeträgeröls in dem Wärmetauscher 14 auf einen Wert eingestellt, bei welchem das in dem frischen Wärmeträgeröl enthaltene Wasser noch nicht oder allenfalls zu einem äußerst geringen Teil verdampft. Das Druckregelventil 22 wird in Abhängigkeit von dem Druck gesteuert der zwischen dem Wärmetauscher 14 und dem Druckregelventil 22 herrscht. Es wird auch als Absperrventil bei nicht genutzter Befüllvorrichtung 6 und – wie nachfolgend noch näher beschrieben – zum Anfahren und beim Stillsetzen der Befüllvorrichtung 6 genutzt.
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An der von dem Wärmetauscher 14 abliegenden Seite des Druckregelventils 22 befindet sich die Entspannungsvorrichtung 15, in welcher sich das von dem Wärmetauscher 14 kommende frische Wärmeträgeröl nach Passieren des Druckregelventils 22 auf einen Druck entspannt, bei welchem das in dem frischen Wärmeträgeröl enthaltene Wasser verdampft.
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Die Entspannung des wasserhaltigen frischen Wärmeträgeröls erfolgt in dem Entspannungsbehälter 16 sowie in der für diesen vorgesehenen Zuleitung 17 der Entspannungsvorrichtung 15. In dem Entspannungsbehälter 16 sammelt sich das wasserfreie frische Wärmeträgeröl. „Wasserfrei” ist in diesem Zusammenhang im Sinne von „technisch” wasserfrei, d. h. nicht im chemischen Sinne zu verstehen.
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Das in dem Entspannungsbehälter 16 gesammelte frische Wärmeträgeröl wird über eine Frischölzuleitung 23 dem Öl-Versorgungskreislauf 3 zugeführt. Nachdem in dem Entspannungsbehälter 16 ein Druck in derselben Höhe ansteht wie in einem Ausdehnungsgefäß 30 des Öl-Versorgungskreislaufs 3, fließt das entwässerte frische Wärmeträgeröl selbsttätig in den Öl-Versorgungskreislauf 3 ab.
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In der Entspannungsvorrichtung 15 anfallender Wasserdampf wird über eine Wasserdampfleitung 24 dem Kondensator 9 zugeführt, wo sich der Wasserdampf verflüssigt. Das kondensierte Wasser kann aus einem Sammelbehälter des Kondensators 9 abgelassen werden.
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Beim Anfahren der Befüllvorrichtung 6 ist darauf zu achten, dass von Anfang an eine Entwässerung des frischen Wärmeträgeröls erfolgt. Zu diesem Zweck bleibt das Druckregelventil 22 zunächst geschlossen. Der Wärmetauscher 14 wird durch heißes Wärmeträgeröl aus dem Öl-Versorgungskreislauf 3 auf Betriebstemperatur aufgeheizt, die Förderpumpe 13 wird eingeschaltet. In einer Rezirkulationsleitung 25 wird ein Rezirkulationsventil 26 geöffnet und in Folge dessen strömt an dem Wärmetauscher 14 erwärmtes frisches Wärmeträgeröl zunächst in den Vorratsbehälter 7 zurück. Auf diese Art und Weise wird die Entwässerungsvorrichtung 8 entlüftet.
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Hat der Wärmetauscher 14 seine Betriebstemperatur erreicht, so wird das Druckregelventil 22 langsam geöffnet. Das Rezirkulationsventil 26 wird nach dem Anfahren der Entwässerungsvorrichtung 8 geschlossen. Frisches Wärmeträgeröl kann in der vorstehend beschriebenen Weise aufbereitet werden und dem Öl-Versorgungskreislauf 3 zugeführt werden.
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Zum Stillsetzen der Befüllvorrichtung 6 wird zunächst das Druckregelventil 22 geschlossen und das Rezirkulationsventil 26 geöffnet. Danach wird mittels des Regelventils 20 die Zufuhr von heißem Wärmeträgeröl aus dem Öl-Versorgungskreislauf 3 zu dem Wärmetauscher 14 unterbrochen. Nach kurzer Zeit wird die Förderpumpe 13 ausgeschaltet.
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Die Entspannungsvorrichtung
15 der Befüllvorrichtung
6 kann als Teil der Wärmeträgerölanlage
1' gleichzeitig als Entspannungsvorrichtung einer Vorrichtung
27 zur Leichtsiederabscheidung aus dem Öl-Versorgungsstrom der Wärmeträgerölanlage
1' genutzt werden. Zur Leichtsiederabscheidung wird die Entspannungsvorrichtung
15 bei geschlossenem Druckregelventil
22 über eine in der Abbildung gestrichelt angedeutete Zulaufleitung
28 an den Öl-Versorgungskreislauf
3 angeschlossen. Mit Hilfe eines in der Zulaufleitung
28 vorgesehenen Drosselventils
29 wird aus dem Öl-Versorgungskreislauf
3 ein aufzubereitender Öl-Teilstrom abgezweigt. Dieser Öl-Teilstrom wird mittels einer nicht im Einzelnen gezeigten Einrichtung unter einen hohen Druck gesetzt, ehe er an der Entspannungsvorrichtung
15 auf einen Druck entspannen kann, bei welchem die in dem Wärmeträgeröl enthaltenen „Leichtsieder” in den gasförmigen Aggregatszustand übergehen. Das von den Leichtsiedern gereinigte Wärmeträgeröl wird in dem Entspannungsbehälter
16 gesammelt und in den Öl-Versorgungskreislauf
3 zurückgeführt. Die gasförmigen Leichtsieder gelangen über die nun als Leichtsiederleitung fungierende Wasserdampfleitung
24 in den Kondensator
9, wo sie sich verflüssigen. Auch die kondensierten Leichtsieder können aus dem Kondensator
9 abgezogen werden. Im Einzelnen sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Leichtsiederabscheidung aus dem in dem Öl-Versorgungskreislauf
3 zirkulierenden Primärstrom in der nicht veröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 10 2009 048 062.5 beschrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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