DE2152260C3 - Verfahren zum Füllen eines normalerweise unter erhöhtem Druck stehenden Behälters für leicht verdampfende Flüssigkeiten oder verflüssigte Gase - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen eines normalerweise unter erhöhtem Druck stehenden Behälters für leicht verdampfende Flüssigkeiten oder verflüssigte Gase, insbesondere für flüssigen Sauerstoff, aus einem Speisesystem vergleichsweise tieferen Druckniveaus mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Verfahren dieser Art sind aus den deutschen Patentschriften 6 23 204 und 6 70 387 bekannt.

Bei den Füllverfahren, wie sie mit den bekannten Einrichtungen durchführbar sind, muß beim Umfüllen von Flüssigkeit vom letzten Behälter des Speisesystems auf den zu füllenden Behälter nach Herbeiführen des Druckausgleiches die Schwerkraft ausgenützt werden, um eine Flüssigkeitsströmung zu dem zu füllenden Behälter zu erzeugen. Es wäre auch denkbar, diese Flüssigkeitsströmung mittels einer Pumpe zu bewirken.

Durch die Erfindung soll demgegenüber die Aufgabe gelöst werden, beim Umfüllen von Flüssigkeiten aus einem Speisesystem in einen zu füllenden Behälter unter Vermeidung des Entweichens von Dampf oder Gas in die Umgebung und ohne die Verwendung einer Pumpe einen Flüssigkeitstransport zu dem gegenüber dem Speisesystem höher gelegenen Behälter zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale gelöst.

Es zeigt sich, daß der verhältnismäßig kleine, zu füllende Behälter beim Druckausgleich zum vergleichsweise großen Vorratsbehälter hin nur einen geringen Anstieg des Druckniveaus im Vorratsbehälter bewirkt, so daß eine Reihe von Behältern aus dem Speisesystem gefüllt werden kann, bevor das Druckniveau im Speisesystem insgesamt wieder erniedrigt werden muß.

Obwohl das Verfahren hier am Beispiel der Übertragung von flüssigem Sauerstoff von einem

Vorratsbehälter auf ein Konvertergefäß unter Verminderung der beim Umfüllen auftretenden Verdampfungsverluste beschrieben ist, kann das Verfahren auch zur Übertragung anderer Arten verflüssigter Gase verwendet werden. Beispielsweise eignet sich das Verfahren bzw. die entsprechende Einrichtung auch zum Umfüllen brennbarer verflüssigter Gase, beispielsweise von Wasserstoff oder Erdgas.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 eine schematische Abbildung einer bevorzugten Ausführungsform einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens,

F i g. 2, 3 und 4 schematische Abbildungen zur Erläuterung der einzelnen Verfahrensschritte beim Umfüllen von Flüssigkeit von einem Vorratsbehälter auf einen zu füllenden Behälter und

Fig. 5 eine schematische Abbildung einer anderen Ausführungsform eines Teiles der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung.

Das in Fig. 1 gezeigte bevorzugte Ausführungsbeispiel enthält einen Vorratsbehälter 11, einen Zwischenspeicherbchälter 13, einen Konverter 15, vier Primärventile 17,18,19 und 21, vier Sekundärventile 23, 25, 27 und 29, ein automatisches Vertil 31, zwei Überdruckventile 33 und 35, eine Reißmembran 37 und drei Druckanzeiger oder Manometer, welche mit Pl, P2 und P3 bezeichnet sind.

Der Vorratsbehälter besitzt eine Einlaß- und Auslaßleitung 39 für Flüssigkeit und eine Einlaß- und Auslaßleitung 41 für Dampf. Der Zwischenspeicherbehälter 13 hat eine Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 43 für Flüssigkeit und eine Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 45 für Dampf. Der Konverter 15 weist eine Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 49 für Dampf auf. Die für Flüssigkeit bestimmte Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 39 des Vorratsbehälters ist mittels Rohrleitungen über das Sekundärventil 23 und einen Filter 51 mit einem Eingangsanschluß verbunden. Über letzteren kann flüssiger Sauerstoff oder gegebenenfalls ein anderes verflüssigtes Gas in den Vorratsbehälter U eingeführt werden, um diesen Vorratsbehälter aufzufüllen. Die für Flüssigkeit bestimmte Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 39 des Vorratsbehälters 11 ist außerdem mittels Rohrleitungen über das Primärventil 17 und eine erste Kupplung 53 zwischen Vorratsbehälter und Zwischenspeicherbehälter an dessen für Flüssigkeit bestimmte Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 43 angeschlossen. Die Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 45 des Zwischenspeicherbehälters 13 ist mittels Rohrleitungen über eine weitere Kupplung 55 zwischen Vorratsbehälter und Zwischenspeicherbehälter sowie über das Primärventil 18 mit der für Dampf bestimmten Eingangs- bzw. Ausgangsleitung 41 des Vorratsbehälters 11 verbunden.

Ein Druckfühler 57, welcher in dem Zwischenspeicherbehälter 13 angeordnet ist, hat über Rohrleitungen mit einer Wärmeaustauscherspirale 58, einem Druckregelventil 59 und dem Sekundärventil 25 sowie mit der Leitung Verbindung, welche ihrerseits den für Dampf bestimmten Einlaß bzw. Auslaß des Zwischenspeicherbehälters 13 und den für Dampf bestimmten Einlaß bzw. Auslaß des Vorratsbehälters 11 miteinander verbindet. Dieselbe Leitung ist außerdem an den Druckanzeiger P2 und über das Überdruckventil 33 an inen Entlüftungsausgang angeschlossen. Die für Dampf zustimmte Einlaß- bzw. Auslaßleitung 41 des Vorratsbehälters 11 ist ferner mit dem genannten Entlüftungsaus-

gang einmal über eine Rohrleitung und das Sekundärventil 27, ferner über das Überdruckventil 35 und schließlich über die Reißmembran 37 verbunden. Schließlich ist die für Dampf bestimmte Einlaß- bzw. Auslaßleitung 41 des Vorratsbehälters 11 such noch an den Druckanzeiger Pl angeschlossen. Die für Flüssigkeit bestimmte Einlaß- bzw. Auslaßleitung 39 des Vorratsbehälters 11 ist über eine Rohrleitung und das Sekundärventil 29 sowie eine Wärmeaustauscherspirale 61 an die für Dampf bestimmte Einiaß- b?w. Auslaßleiturg 41 des Vorratsbehälters 11 angeschlossen.

Die für Flüssigkeit bestimmte Einlaß- bzw. Auslaßleitung 43 des Zwischeiispeicherbehälters 13 ist mittels Rohrleitungen 43 über eine Kupplung 63 des Zwischen-Speicherbehälters und des Konvertergefäßes mit einem Anschluß auf einer Seite des automatischen Ventils 31 verbunden. Die für Flüssigkeit bestimmte Einlaß- bzw. Aüslaßleitung 39 des Vorratsbehälters 11 ist mittels Rohrleitungen über das Primärventil li> und eine Kupplung 65 zwischen Vorratsbehälter und Konvertergefäß an einen weiteren Anschluß auf derselben Seite des automatischen Ventils 31 gelegt. Das Primärventil 21 liegt im Zuge einer Rohrleitung zwischen den beiden Eingangsanschlüssen auf der genannten Seite des automatischen Ventiles 31. Außerdem ist der Druckanzeiger P3 an die Leitungsverbindung angeschlossen, welche zwischen der für Flüssigkeit bestimmten Eingangs- bzw. Auslaßleitung 39 des Vorratsbehälters Il und dem automatischen Ventil 31 verläuft. Die jeweils andere Seite des automatischen Ventiles 31 ist mittels Rohrleitungen an die für Flüssigkeit bzw. Dampf bestimmten Einlaß- und Auslaßleitungen 47 bzw. 49 des Konvertergefäßes 15 angeschlossen.

Sämtliche Rohrleitungen, welche den Vorratsbehälter mit dem Zwischenspeicherbehälter sowie die genannten beiden Behälter mit dem Konvertergefäß verbinden, sind vakuumisoliert, um ein unerwünschtes Sieden und Verdampfen der im System befindlichen Flüssigkeit zu vermeiden. Die übrigen Leitungsverbindungen sind unisoliert dargestellt, doch können auch diese Leitungen gegebenenfalls isoliert ausgeführt werden. Die isolierten Leitungen, welche den Vorratsbehälter, den Zwischenspeicherbehälter und das Konvertergefäß miteinander verbinden, bilden die Fülleinrichtung in ihrem grundsätzlichen Aufbau und dienen zur Durchführung des Verfahrens, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2, 3 und 4 erläutert wird. Die übrigen Leitungsverbindungen stellen Einrichtungen zum Füllen des Vorratsbehälters sowie zur Entlüftung der verschiedenen Dampfleitungen und Behälter dar, wie sie zum Betrieb eines Flüssiggassystems im allgemeinen erforderlich sind. So bildet beispielsweise das Ventil 33 einen Überdruckablaß für den Zwischenspeicherbehälter 13 und in entsprechender Weise bildet das Ventil 35 einen Überdruckablaß für den Vorratsbehälter 11. Die Wärmeaustauscherspiralen 58 und 61 ermöglichen eine Verdampfung der im System befindlichen Flüssigkeit, um einen Druckaufbau im Zwischenspeicherbehälter bzw. im Vorratsbehälter zu ermöglichen, wenn solches notwendig ist.

Nunmehr sei die Wirkungsweise der in F i g. 1 gezeigten Einrichtung zur Ausführung des hier vorgeschlagenen Abfüllverfahrens erläutert. Hierfür sei angenommen, daß der Überdruck im Vorratsbehälter und im Zwischenspeicherbehälter zunächst Null beträgt. Ferner sei angenommen, daß der Überdruck in dem Konvertergefäß 15 in der Größenordnung von 3,43 bar

bis 6,86 bar liege. Ferner wird davon ausgegangen, daß die Temperatur in dem Konvertergefäß im wesentlichen der Temperatur des flüssigen Sauerstoffes entspricht. Außerdem ist bei dem hier gezeigten Beispiel der Zwischenspeicherbehälter auf niedrigerem Niveau als der Vorratsbehälter gelegen.

Der erste Schritt bei dem hier vorgeschlagenen Umfüllverfahren besteht im Öffnen der beiden Primärventile 17 und 18 (siehe F i g. 2). Ist die;» geschehen, so fließt Flüssigkeit aufgrund der Schwerkraft von dem Vorratsbehälter 11 über das Primärventil 17 in den Zwischenspeicherbehälter 13 und Dampf strömt von dem Zwischenspeicherbehälter 13 über das Primärventil 18 in den Vorratsbehälter 11. Ist die gewünschte Flüssigkeitsmenge von dem Vorratsbehälter in den Zwischenspeicherbehälter geflossen so werden die beiden Primärventile 17 und 18 wieder geschlossen. Die Flüssigkeits- und Dampfströmung bewirkt eine leichte Druckerhöhung von beispielsweise 0,205 bar bis 0,343 bar ir; beiden Behältern.

Hierauf wird dann das Konvertergefäß 15 afi das Speisesystem angeschlossen und das automatische Ventil 31 und d?s Primärventil 21 werden geöffnet (siehe F i g. 3). Bei diesem Schritt des hier vorgeschlagenen Umfüllverfahrens wird ein Druckausgleich zwischen dem Konvenergefäß 15 und dem Zwischenspeicherbehälter 13 über die Kupplung 63 zwischen Konverter und Zwischenspeicherbehälter herbeigeführt. Hat sich der Druck in den genannten beiden Behältern ausgeglichen so beträgt dieser Druck je nach Größe der Behälter beispielsweise etwa 2,05 bar.

Nach Ausgleich des Druckes zwischen dem Konvertergefäß und dem Zwischenspeicherbehälter wird das Primärventil 21 geschlossen und das Primärventil 19 wird geöffnet, wie in F i g. 4 angedeutet ist. Wenn das Primärventil 19 geöffnet wird und das Primärventii 21 geschlossen ist so bewirkt der Druckunterschied zwischen dem Konvertergefäß 15 und dem Vorratsbehälter 11, daß Dampf von dem Konvertergefäß 15 zum Vorratsbehälter 11 strömt. Dies wiederum führt dazu, daß Flüssigkeit von dem Zwischenspeicheibehältcr 13 in das Konvertergefäß 15 fließt. Jeglicher durch diese Flüssigkeitsströmung erzeugter Dampf gelangt in den Vorratsbehälter 11 und perlt durch die Flüssigkeitsphase des Vorra'sbehälters. wodurch in diesem Behälter eine Turbulenz erzeugt wird, die Temperaturunterschiede oder thermische Schichtbildung sowie unzulässige Druckanstiege im Vorratsbehälter vermindert bzw. verhindert. Um eine Dampfströmung in entgegengesetzter Richtung von dem Konvertergefäß 15 in den Zwischenspeicherbehälter 13 zu verhindern, ist in dem automatischen Ventil 31 ein Einwegventil 67 vorgesehen.

Ist das Konvertergefäß 15 bis zu dem gewünschten Stand gefüllt, so wird das Primärventil 19 abgesperrt. Außerdem wird das automatische Ventil 31 geschlossen und der Konverter wird vom Speisesystem abgetrennt. Das Primärventil 18 wird dann geöffnet, um den Druck in dem Zwischenspeicherbehälter 13 auf den Druck im Vorratsbehälter 11 zu erniedrigen. Aufgrund der Ansammlung von Dampf in den genannten beiden isolierten Behältern ist der Druck in den Behältern auf beispielsweise 1,37 bar angestiegen.

Soll ein weiteres Konvertergefäß aus dem Vorratsbehälter gefüllt werden, so ist das oben beschriebene Arbeitsspiel zu wiederholen. In diesem Falle beginnt aber das Arbeitsspiel bei einem Ausgangsdruck des Vorratsbehälters 11 von etwa 1,37 bar. Nach der Füllung

des zweiten Konvertergefäßes ist der Druck im Vorratsbehälter und im Zwischenspeicherbehälter etwa beispielsweise 2,74 bar. Aus diesem Grunde wird es schließlich notwendig, den Druck im Vorratsbehälter und im Zwischenspeicherbehälter zu vermindern.

Wird das vorgeschlagene Umfüllverfahren mit der zuvor beschriel nen Einrichtung ausgeführt, so kann nach dem Kuppeln des Konvertergefäßes 15 mit dem Speisesystem und nach der wahrend des Druckausgleiches vorgenommenen Öffnung der Ventile 21 und 31 Dampf aus dem Konvertergefäß 15 über das Ende 78 der Leitung 43 ausströmen. Der über die Öffnung 78 austretende Dampf strömt durch die flüssige Phase der Füllung des Zwischenspeicherbehälters nach aufwärts und erzeugt Turbulenz, was in vielen Fällen unerwünscht sein kann. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß der Zwischenspeicherbehälter 13 kein Langzeit-Speicherbehälter ist und daher nicht die Probleme thermischer Schichtbildung besitzt, wie sie beim Vorratsbehälter 11 auftreten können. Während es also im Falle des Vorratsbehälters 11 vorteilhaft sein kann, daß Dampf durch die Flüssigkeitsphase nach aufwärts perlt, gilt dies nicht allgemein auch für den Zwischenspeicherbehälter.

Bei der Einrichtung nach Fig. 5 wird einerseits das Perlen von Dampf aus dem Konvertergefäß 15 durch die Flüssigkeitsphase des Zwischenspeicherbehälters vermieden und andererseits kann gegenüber der Ausführungsform nach Fig. I das Ventil 21 entfallen. Das Speisesystem nach F i g. 5 enthält also eine vakuumisolierte Leitung 80, die zwischen einer Abzweigung 82 von der Leitung 39 des Vorratsbehälters und einem Punkt 84 am Scheitel des Zwischenspeicherbehälters !3 verläuft. Die Leitung 80 enthält ein Einweg-Rückschlagventil 86, welches bewirkt, daß der Dampf nur in Richtung des eingezeichneten Pfeiles zum Punkt 84 hin strömen kann. Ein Ventil oder eine Leitung zwischen dem Flüssigkeitseinlaß und dem Dampfauslaß des Konvertergefäßes sind nicht vorgesehen. Die übrigen Teile der Ausführungsform nach F i g. 5 entsprechen denjenigen der Ausführungsform nach F i g. 1 und bedürfen daher keiner weiteren Beschreibung.

Die Wirkungsweise der in F i g. 5 gezeigten Einrichtung entspricht derjenigen der Ausführungsform nach Fig. 1. Die Flüssigkeit wird demgemäß zuerst von dem Vorratsbehälter zum Zwischenspeicherbehälter übertragen und der Druck zwischen den genannten Behältern wird ausgeglichen, bevor der Vorratsbehälter und der Zwischenspeicherbehälter voneinander getrennt werden. Dann wird das Konvertergefäß 15 über die Kupplungen 63 und 65 an das Speisesystem angeschlossen und der Dampf aus dem Konvertergefäß 15 strömt über die Leitung 80 und das Rückschlagventil 86 oben in den Zwischenspeicherbchälter 13 ein. Hat sich auf diese Weise der Druck im Konvertergefäß und im Zwischenspeicherbehälter ausgeglichen, so wird das Ventil 19 geöffnet, um Dampf von dem Konvertergefäß 15 in den Vorratsbehälter 11 strömen zu lassen, wie dies im Zusammenhang mit dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel angegeben wurde. In dem Maße, in welchem der Druck im Konvertergefäß 15 abfällt, wird Flüssigkeit vom Zwischenspeicherbehälter 13 über die Leitung 43 und das Rückschlagventil bzw. Einwegventil 67 in das Konvertergefäß 15 gedrückt. Es sei darauf hingewiesen, daß das Rückschlagventil 86 verhindert, daß Dampf von dem Zwischenspeicherbehälter während dieser Zeit in den Vorratsbehälter oder das Konvertergefäß strömen kann. Im übrigen ist die Wirkungsweise der beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele dieselbe.

Wie oben schon angedeutet, hat das eingangs definierte Verfahren zum Füllen eines Behälters für leicht verdampfende Flüssigkeiten oder verflüssigte Gase, insbesondere für Sauerstoff, aus einem Speisesystem den Vorteil, daß kein Umpumpen des verflüssigten Gases von einem Gefäß in ein anderes Gefäß notwendig ist. Auch werden bestimmte Nachteile vermieden, welche den bisher verwendeten Systemen anhaften. Aufgrund der im System vorgesehenen, ständig vorhandenen Verbindungen werden Abdampfungsverluste gegenüber bekannten Systemen zum Abfüllen von Behältern stark vermindert. Außerdem wird eine Schichtenbildung im Vorratsbehälter vermindert bzw. beseitigt.

Ein weiterer Vorteil ist es, daß die vorgeschlagenen Verfahren bzw. Einrichtungen sehr einfach sind und eine sichere Wiedergewinnung der im Vorratsbehälter befindlichen Dämpfe gestatten. Die Einrichtungen zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens weisen nur eine begrenzte Anzahl von Verbindungsleitungen und Ventilen auf.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Füllen eines normalerweise unter erhöhtem Druck stehenden Behälters für leicht verdampfende Flüssigkeiten oder verflüssigte Gase, insbesondere für flüssigen Sauerstoff, aus einem Speisesystem vergleichsweise tieferen Druckniveaus, wobei zunächst die Flüssigkeit von einem ersten Behälter des Speisesystems in einen zweiten Behälter des Speisesystems und Dampf vom zweiter, in den ersten Behälter des Speisesystems geleitet wird, so daß der Druck sowohl im ersten als auch im zweiten Behälter des Speisesystems während der Überleitung der Flüssigkeit zwischen diesen Behältern gleichbleibt, wonach der erste Behälter und der zweite Behälter des Speisesystems voneinander getrennt werden und dann ein Druckausgleich zwischen dem zu füllenden Behälter und dem zweiten Behälter des Speisesystems durchgeführt wird und der zu füllende Behälter aus dem zweiten Behälter des Speisesystems mit Flüssigkeit gefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Flüssigkeitsübergangs von dem zweiten Behälter auf den zu füllenden Behälter dieser mit dem ersten Behälter des Speisesystems zur Aufrechterhaltung einer Dampfströmung von dem zu füllenden Behälter in den ersten Behälter des Speiscsysiems verbunden ist.