DE1914613B2 - Gasabdichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gasabdichtungsvorrichtung, insbesondere für zur Abgabe in die Atmosphäre unter gleichzeitiger Verbrennung von Abgas dienende Abfackelschornsteine, mit einem äußeren, ein unteres Eintrittsrohr und ein oberes Austrittsrohr für das Gas aufweisenden Hohlkörper, dessen Innenraum syphonartig in drei Kammern aufgeteilt ist, deren erste eine mit dem Eintrittsrohr in Verbindung stehende untere Öffnung aufweist und über einen oberen Übertrittsbereich mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, die ihrerseits eine untere, in die dritte, nach oben hin über das Austrittsrohr zur Atmosphäre offene Kammer führende Austrittsöffnung besitzt

Bei Verwendung einer derartigen Gasabdichtungsvorrichtung beispielsweise in der petrochemischen Industrie, also in Ölraffinerien, dienen sie zur Abfackelung von Abgasen die bei einem Verfahrensprozeß

ίο entstehen. Dieses Abgas kann aus einer Mischung von verschiedenen Gasen bestehen, wobei dieses Gasgemisch sauerstoffreich oder sehr sauerstoffarm sein kann. Gewöhnlich wird das Abgas in einen hohen vertikalen Schornstein eingeleitet und an dessem oberen Ende verbrannt Wenn dabei eine chargenweise Abführung von Abgas erfolgt, dann wird von Zeit zu Zeit die Abgaszufuhr unterbrochen, so daß in das obere Ende des Schornsteins Luft eintreten kann, die sich nach unten bewegt Wenn dabei die Abgasströmung wieder einsetzt, mischt sich die Luft mit dem Abgas und es kann eine explosive Mischung entstehen.

Das Problem besteht also darin, daß die pro Zeiteinheit durch den Abfackelschornstein hindurchströmende Abgasmenge keineswegs konstant ist, sondern zwischen sehr hohen und sehr niedrigen Werten schwanken, ja sogar vollständig bis auf Null zurückgehen kann. Damit in einem solchen Fall die Umgebungsluft daran gehindert wird, in den Abfackelschornstein einzudringen und mit in ihm verbleibenden bzw. bei Wiederinbetriebnahme in ihn einströmenden Gasmengen ein explosives Gemisch zu bilden, ist in der Nähe des oberen Endes im allgemeinen eine Gasabdichtungsvorrichtung angebracht, wie sie beispielsweise in der US-PS 30 55 417 beschrieben ist.

Diese bekannte Vorrichtung der eingangs genannten Gattung besteht im wesentlichen aus drei zueinander konzentrischen Rohren, von denen das Innerste mit dem oberen Ende des unteren Teils des Abfackelschornsteins in Verbindung steht und nach oben hin offen ist, während das zweite, das erste Rohr umgebende und mit Hilfe von Streben an diesem abgestützte Rohr an seinem oberen Ende verschlossen ist und nach unten hin in das die gesamte Anordnung umgebende, am unteren Ende dicht mit der Außenfläche des innersten Rohres verbundene, am oberen Ende sich in den oberen Teil des Abfackelschornsteins öffnende dritte Rohr mündet. Aufgrund dieser Anordnung lenkt diese bekannte Vorrichtung den Gasströmungsweg zweimal um 180° um, so daß eine Syphonwirkung entsteht, wegen der

so eine sich unter dem oberen Deckel des mittleren Rohrs haltende Abgasblase die Luft daran hindert, bis zum innersten Rohr vorzudringen oder in diesem gar nach unten in den Schornstein zu strömen.

Ein besonderes Problem bei einer derartigen Gasabdichtungsvorrichtung ergibt sich dadurch, daß ihr Aufbau möglichst strömungsgünstig gestaltet werden muß, damit keine Kondensation der im Abgas enthaltenen Dämpfe eintritt. Die Kondensation dieser Dämpfe würde nämlich zu einer Flüssigkeitsansammlung führen, die sehr rasch die Gasabdichtungsvorrichtung verstopft. Zum anderen soll die Gasabdichtungsvorrichtung einen geringen Strömungswiderstand aufweisen, der ebenfalls eine strömungsgünstige Ausbildung voraussetzt.

Bei der in der US-PS 30 55 417 beschriebenen Vorrichtung sind zwar diese vorstehend genannten Forderungen annähernd erfüllt, doch ist dazu ein recht aufwendiger mechanischer Aufbau der Gasabdichtungs-

vorrichtung erforderlich, der einerseits aus vielen Teilen besteht und andererseits wegen der konzentrischen Ausbildung schwer zusammengebaut werden kann. Insbesondere sind die konzentrischen Rohre miteinander über Streben verbunden, die die Gefahr von Verwirbelungen der Abgase und der sich daraus ergebenden Kondensation von Dämpfen hervorrufen und zudem wegen des komplizierten Zusammenbaus konstruktiv unbefriedigend sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit dariii, eine Gasabdichtungsvorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend weiterzubilden, daß bei konstruktiv vereinfachtem Aufbau strömungstechnisch günstige Eigenschaften beibehalten werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die erste und zweite Kammer im Hohlkörper exzentrisch nebeneinander angeordnet und durch eine im Bereich des unteren Gaseintrittsrohres von der Wand des Hohlkörpers im wesentlichen horizontal in dessen Inneres vorspringende, nur einen Teil seiner Querschnittsfläche überdeckende Platte sowie durch eine längs ihrer unteren Stirnkante mit dem freien Rand dieser Platte und längs ihrer Seitenkanten mit der Wand des Hohlkörpers verbundene Zwischenwandanordnung voneinander getrennt sind, die sich derart über einen Teil der Höhe des Hohlkörpers erstreckt, daß im oberen Teil des Hohlkörpers der Übertrittsbereich zw i sehen diesen beiden Kammern freigelassen ist, und daß eine die dritte Kammer bildende Verlängerung des Austrittsrohres von oben her weit nach unten in die zwevie Kammer hineinragt.

Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird insbesondere ein völlig hindernisfreier Strömungsweg der Abgase erreicht, bei dem überdies die Umlenkung der Gase nur mit großen Krümmungsradien erfolgt. Von Vorteil ist dabei, daß eine durchgehend gleichsinnige Krümmung des Strömungspfades vorliegt, während bei der nach dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ein Wechsel des Krümmungssinnes erfolgt, so daß zusätzlich die Gefahr von Verwirbelungen heraufbeschworen wird. Darüber hinaus ist der Strömungspfad völlig frei von Hindernissen, da die erfindungsgemäße Konstruktion ohne Streben im Strömungspfad möglich ist Hervorzuheben ist auch der konstruktiv sehr einfache Aufbau, der insbesondere den Zusammenbau der einzelnen Teile dadurch erleichtert, daß nicht mehrere ineinander konzentrisch angeordnete, ortsfest miteinander zu verbindende Zylinder vorgesehen sind. Gemäß der Lehre der Erfindung kann nämlich die Zwischenwandanordnung bzw. die Platte zusammen mit dem Austrittsrohr als kompakte Baueinheit vorgefertigt und dann zur Fertigstellung in den Hohlkörper eingebracht werden.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 perspektivisch eine schematische Darstellung einer Gasabdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine schematische Schnittdarstellung der in F i g. 1 gezeigten Gasabdichtungsvorrichtung; und

Fig.3 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 2.

Wie in den Zeichnungen dargestellt, besteht die Gasabdichtungsvorrichtung im wesentlichen aus zwei konzentrischen zylindrischen Elementen, nämlich einem zylindrischen äußeren Element als Hohlkörper 10 und einem zylindrischen inneren Element als Verlängerung 11 eines Austrittsrohrs 14. Der Hohlkörper 10 besitzt am unteren und am oberen Ende zwei kegelstumpfförmige Wände 12, 13, die sich verjüngend in das Austrittsrohr 14 bzw. das Eintrittsrohr 15 übergehen. Das untere Ende des Eintrittsrohrs 15 ist dabei zur Befestigung am oberen Ende eines Abfackelschornsteins vorgesehen. Sowohl das Eintritts- als auch das Austrittsrohr können als Teile des Abfackelschornsteins selbst ausgebildet sein.

Die Verlängerung 11 des Austrittsrohrs 14 weist zweckmäßigerweise den gleichen Durchmesser wie das Austrittsrohr 14 auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist überdies ein Einlaßrohr 40 vorgesehen, welches mit der Innenseite des Eintrittsrohrs 15 in Verbindung steht Dieses Einlaßrohr 40 dient dazu, ein Reinigungsgas in das Eintrittsrohr 15 einzuführen; es kann jedoch auch im oberen Abschnitt des Abfackelschornsteins oder in irgendeiner zweckmäßigen Lage im Oberteil der nachstehend beschriebenen Vorrichtung vorgesehen sein.

Zwei im wesentlichen sich senkrecht zueinander erstreckende Teilwände, die zusammen eine Zwischenwandanordnung 16, 17 darstellen, sind tangential zur Verlängerung 11 angeordnet und an den Innenflächen des Hohlkörpers 10 beispielsweise durch Schweißen befestigt Die Gasabdichtungsvorrichtung ist zwar mit tangentialen Teilwänden dargestellt es ist jedoch nicht notwendig, daß diese Wandungen immer tangential verlaufen und bei bestimmten Ausführungsformen, gegebenenfalls bei geringeren Abmessungen, können diese Teilwände sich radial zur Verlängerung 11 erstrecken. Am unteren, offenen Ende der Verlängerung 11 ist eine bogenförmig gekrümmte Platte 18 angeordnet, deren Ränder einerseits an der Innenwand des Hohlkörpers 10 und andererseits an den unteren Rändern der Zwischenwandanordnung 16, 17 angeschweißt sind. Die Platte 18 ist zweckmäßigerweise am breitesten Ende der unteren kegelstumpfförmigen Wand 13 angeordnet Sie ist mit einer Bohrung 19 versehen, die mit dem Einlaß 20 eines Syphonrohres 21 in Verbindung steht Das freie Ende 22 des Syphonrohres 21 ist unterhalb der Platte 18 in einer Kammer angeordnet, die innerhalb der unteren kegelstumpfförmigen Wand 13 gebildet ist.

Das untere Ende der Verlängerung 11 ist schräg abgeschnitten, so daß sich eine Einlaßöffnung 23 in parabolischer Form ergibt.

Durch diese besondere Konstruktion der Gasabdichtungsvorrichtung ergeben sich drei voneinander getrennte Kammern, durch die das Abgas hindurchströmt. Die erste Kammer 30 ist durch einen Teil der Innenfläche des Hohlkörpers 10 gebildet durch einen Teil der Außenfläche der Verlängerung 11 und durch eine Seite der Zwischenwandanordnung 16 und 17. Die zweite Kammer 31 ist durch den verbleibenden Teil der Innenfläche des Hohlkörpers 10, durch den verbleibenden Teil der Außenfläche der Verlängerung 11 und durch die andere Seite der Zwischenwandanordnung 16 und 17 begrenzt

Die dritte Kammer 32 wird durch die Innenseite der Verlängerung 11 gebildet

In Betrieb strömt ein Abgas durch die Vorrichtung entsprechend den in der Zeichnung angegebenen Pfeilen, d. h. nach oben durch das Eintrittsrohr 15 in der Nähe des unteren Abschnitts des Abfackelschornsteins, dann nach oben durch die erste Kammer 30, dann nach Umlenkung nach unten durch die zweite Kammer 31

und schließlich nach einer weiteren Umlenkung nach oben durch die dritte Kammer 32 und durch das Austrittsrohr 14, welches an den oberen Abschnitt des Abfackelschornsteins, aus dem die Abgase schließlich austreten, angrenzt. Das Abgas kann im oberen Abschnitt des Abfackelschornsteins durch Hilfsbrenner in an sich bekannter Weise verbrannt werden.

Wenn die Strömung der Abgase unterbrochen wird, so strömt Luft aus der Umgebung in den oberen Abschnitt des Abfackelschornsteins ein und gelangt in das Austrittsrohr 14. Wenn das Abgas leichter ist als Luft, dann strebt es über das Austrittsrohr nach oben und wird dabei innerhalb des Austrittsrohrs durch Luft ersetzt, !m allgemeinen kann das Austrittsrohr 14 und die innerhalb der Verlängerung 11 gebildete Kammer 32 dadurch vollständig oder teilweise mit Luft gefüllt werden, in einigen Fällen kann die Luft sogar in die zweite Kammer 31 eintreten. Der natürliche Auftrieb zwischen dem Gas und den Kammern 32 und 31 sorgt jedoch dafür, daß eine Gasabdichtung erzeugt wird, so daß eine Luftmenge durch eine Abgasmenge getragen wird, die in der Gasabdichtungsvorrichtung eingeschlossen ist Die dabei auftretende Gasabdichtung weist eine Grenzfläche zwischen der Luft und dem Abgas auf, die jedoch wegen der Gasdiffusionsvorgänge unbestimmt ist. Es kann daher vorteilhaft sein, zur Aufrechterhaltung dieser Grenzfläche ein vom Abgas unterschiedliches Reinigungsgas über das Einlaßrohr 40 in die Gasabdichtungsvorrichtung einzubringen. Dieses Reinigungsgas kann leichter oder schwerer sein als Luft, muß aber »sauerstofffrei« sein, d. h. einen so geringen Sauerstoffgehalt aufweisen, daß das Gasgemisch stets unterhalb der Explosionsgrenze gehalten wird. Im allgemeinen soll hierzu der Sauerstoffgehalt maximal 0,5 Gewichtsprozent betragen.

Die genaue Stellung der Grenzfläche zwischen den Gasen, die in der Kammer 32 oder der Kammer 31 verlaufen kann, hängt von vielen Faktoren ab. Im allgemeinen ist es wünschenswert, wenn diese Grenzfläche etwa in der Nähe des parabolischen Einlaßendes 23 der Verlängerung 11 ausgebildet ist Die Gasabdichtung hindert in wirksamer Weise die in die Kammer 32 eintretende Luft daran, die erste Kammer 30 zu erreichen und mit dem Rest des im Abfackelschornstein befindlichen Gases eine Mischung einzugehen.
Zusätzlich soll darauf hingewiesen werden, daß der

ίο Strömungsweg des Abgases durch die Gasabdichtungsvorrichtung im wesentlichen sehr kontinuierlich und glatt verläuft, daß also keine scharfen Knicke vorhanden sind, die zu einer Kondensation der Dämpfe beitragen würden. Die Querschnittsflächen der Kammer 30 bis 32 liegen im wesentlichen in der gleichen Größenordnung, vorzugsweise erfolgt jedoch eine Abstimmung dieser Flächen, um Reibungsverluste und den Strömungswiderstand auf ein optimales Maß zu bringen. Dabei ist es angestrebt, daß die Durchtrittsgeschwindigkeit des

Abgases durch die Gasabdichtungsvorrichtung etwa gleich der im Abfackelschornstein ist Auskondensierte Flüssigkeit, die sich möglicherweise an der Oberfläche der Platte 118 sammelt wird mittels des Syphonrohres 21 abgezogen; diese Flüssigkeit kann dann aus dem freien

Ende 22 des Syphonrohres in den einströmenden Abgasstrom rezirkuliert werden.

Unter gewissen Bedingungen kann eine Erscheinung auftreten, die als sogenanntes »Zurückblasen« in den Abfackelschornstein bezeichnet werden kann. Dabei würde ohne Vorkehrungen die Wiederaufnahme der Strömung des Abgases zu Verbrennungsvorgängen führen, die in den Abfackelschornstein hinein zurück wandern. Da jedoch bei der Gasabdichtungsvorrichtung die Platte 18 vorgesehen ist wird in verläßlicher Weise

verhindert daß das Gas längs des Abfackelschornsteines »zurückbrennt«.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gasabdichtungsvorrichtung, insbesondere für zur Abgabe in die Atmosphäre unter gleichzeitiger Verbrennung von Abgas dienende Abfackelschornsteine, mit einem äußeren, ein unteres Eintrittsrohr und ein oberes Austrittsrchr für das Gas aufweisenden Hohlkörper, dessen Innenraum syphonartig in drei Kammern aufgeteilt ist, deren erste eine mit dem Eintrittsrohr in Verbindung stellende untere Öffnung aufweist und über einen oberen Obertrittsbereich mit der zweiten Kammer in Verbindung steht, die ihrerseits eine untere, in die dritte, nach oben hin über das Austrittsrohr zur Atmosphäre offene Kammer führende Austrittsöffnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (30) und zweite (31) Kammer im Hohlkörper (10) exzentrisch nebeneinander angeordnet und durch eine im Bereich des unteren Gaseintrittsrohres (15) von der Wand des Hohlkörpers (10) im wesentlichen horizontal in dessen Inneres vorspringende, nur einen Teil seiner Querschnittsfläche überdeckende Platte (18) sowie durch eine längs ihrer unteren Stirnkante mit dem freien Rand dieser Platte (18) und längs ihrer Seitenkanten mit der Wand des Hohlkörpers (10) verbundene Zwischenwandanordnung (16, 17) voneinander getrennt sind, die sich derart über einen Teil der Höhe des Hohlkörpers (10) erstreckt, daß im oberen Teil des Hohlkörpers (10) der Übertrittsbereich zwischen diesen beiden Kammern (30,31) freigelassen ist, und daß eine die dritte Kammer (32) bildende Verlängerung (U) des Austrittsrohres (14) von oben her weit nach unten in die zweite Kammer (31) hineinragt

2. Gasabdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (10) zylindrisch ausgebildet ist, und daß auf sein oberes und sein unteres Ende jeweils eine kegelstumpfförmige Wand (12,13) aufgesetzt sind, wobei die obere (12) abdichtend am Austrittsrohr (14) angebracht ist und die untere (13) in das Eintrittsrohr (15) übergeht.

3. Gasabdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwände der Zwischenwandanordnung (16,17) tangential zur Verlängerung (11) des Austrittsrohres (14) angeordnet sind.

4. Gasabdichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilwände der Zwischenwandanordnung (16, 17) radial zur Verlängerung (11) des Austrittsrohres (14) angeordnet sind.

5. Gasabdichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Platte (18) ein Syphonrohr (21) mündet, dessen freies Ende (22) mit dem Eintrittsrohr (15) in Verbindung steht.