DE2252638B2 - Speichervorrichtung zum ausgleichen wechselnden gasbedarfs - Google Patents
Speichervorrichtung zum ausgleichen wechselnden gasbedarfsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine zum Ausgleichen wechselnden Gasbedarfs dienende Speichervorrichtung der
im Oberbegrifft des Anspruchs 1 angegebenen Art SS
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung für Gasleitungen für den Transport von normalerweise
gasförmigen Stoffen wie etwa Äthan, Methan, Propan od. dgl.
Die Herstellungs- oder Gewinnungsgeschwindigkeit Co von gasförmigen Stoffen ist aufgrund der Eigenschaften
der dazu verwendeten Vorrichtungen sowie der Produktionssteuerung derselben gewöhnlich im wesentlichen konstant, während der Gasbedarf häufig innerhalb weiter Grenzen schwankt Um dies auszugleichen, 6s
ist es bekannt (US-PS 33 31 214), Gas aus der Gasleitung abzuziehen, zu verflüssigen und in verflüssigter Form zu
speichern, venn die Gaslieferung den Gasbedarf
fibersteigt, und das gespeicherte verflüssigte Gas in
einem Verdampfer wieder zu verdampfen und in die Gasleitung zurückzuführen, wenn der Gasbedarf die
Gaslieferung übersteigt Duich die Verflüssigung des Oases vor dem Speichern ist es möglich, mit
verhältnismäßig kleinen Speicherbehältern auszukommen. Jedoch ist bei der bekannten Vorrichtung ein
verhältnismäßig hoher Entrgiebedarf zum anfänglichen Verflüssigen des abgezogenen Gases und der späteren
Verdampfung des verflüssigten Gases vorhanden.
Es ist jedoch zum Ausgleichen je nach der Jahreszeit wechselnden Gasbedarfs auch bekannt, das während
des Sommerhalbjahres aufgrund geringen Bedarfs verflüssigte und gespeicherte Gas während des
Winterhalbjahres wieder zu verdampfen und die dabei frei werdende Verd-mstungskälte nicht durch Wärme zu
vernichten, sondern auf einen Hilfskälteträger zu übertragen, der seinerseits gespeichert wird, und zum
Herunterkühlen des im nächsten Sommerhalbjahr wieder zum Speichern verflüssigten Produktionsüberschusses an Gas auszunutzen (DT-AS 10 36 884). Dieser
bekannte Vorschlag ist daher auf verhältnismäßig lange Zeifäume abgestellt nach denen die Anlage vom
Verflüssigungs- und Speicherbetrieb auf den Verdampfungs- und Abgabebetrieb und umgekehrt umgestellt
wird. Es genügt hierzu, die jeweilige Umstellung
manuell durchzuführen. Hingegen ist der bekannte Vorschlag noch nicht zum Ausgleichen von häufigen
Schwankungen in einer Gasleitung in verhältnismäßig kurzen Zeitperioden, wie zum Ausgleichen von
beispielsweise stündlich wechselnden Bedarfsschwankungen geeignet da hierzu ein manuelles Umstellen der
Vorrichtung von der einen auf die andere Betriebsweise
aufwendig ist.
Demgegenüber wird durch die Erfindung die Aufgabe gelöst eine Speichervorrichtung 2.um Ausgleichen
wechselnden Gasbedarfs anzugeben, welche sich bei geringem Energiebedarf zum selbsttätigen Ausgleichen
von häufigen Schwankungen in einer Gasleitung eignet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird auch zum Ausgleichen von häufigen Schwankungen in der
Gasleitung die durch die Verdampfung des verflüssigten Gases beim erneuten Einspeisen in die Gasleitung
erhaltene Kälte zurückgewonnen und gespeichert, so daß sie bei einer später stattfindenden Entnahme und
Verflüssigung von Gas aus der Gasleitung ausgenützt werden kann. Auf diese Weise wird der Bedarf an
zusätzlicher Energie im Verhältnis zu den Mengen des im Flüssiggas-Speicherbehälter gespeicherten verflüssigten Gases beträchtlich verringert woraus sich eine
Einsparung an Betriebskosten ergibt. Gleichzeitig ist das Umstellen zwischen dem Verflüssigungs- und
Speicherbetrieb und dem Verdampfungs- und Abgabebetrieb mit einer einfachen Steuervorrichtung in
Abhängigkeit vom Gasbedarf automatisch gesteuert, so daß sich im Betrieb eine Einsparung am Arbeitsaufwand
ergibt. Es lassen sich so mit verhältnismäßig geringem Aufwand häufige und starke Schwankungen des
Gasbedarfs ausgleichen.
Durch die Erfindung kann das Fassungsvermögen des Flüssiggas-Speicherbehälters für aus der Gasleitung
entnommenes, den Bedarf übersteigendes Gas durch Verflüssigung des Gases kleingehalten werden, wobei
der Bedarf an zusätzlicher Energie zum Verflüssigen des Gases gering ist Durch den zweiten Speicherbehälter,
welcher dem Verdampfer vorgeschaltet ist und in
welchem das auf dem Verflüssiger austretende Kühimit-
|ej eingespeist werden kann, läßt sich bei geschlossenem
^flhlmittelkreislauf auch die im Verflüssiger an das
-"mittel übergangene Wärme für die später stattfin-Wiederverdampfung des gespeicherten Flüsiggaausnutzen, so daß der ν,ιη außen zugeführte
tziiche Energiebedarf weiter herabgesetzt werden i.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind fGegenc^and der Unteransprüche.
Im folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung erläutert In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Darstellung einer erfin-
£ dungsgemäßen Ausgleichs-Speichervorrichtung in einer ' ersten Ausfuhrungsform und
F i g. 2 eine schematisierte Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemCSen Vorrichtung.
In der Anordnung nach F i g. 1 wird ein Gas unter
Druck in Richtung des Pfeiles in einer eine Abgabestelle mit einer Verbrauchssteile verbindenden Rohrleitung 1
transportiert Der zu transportierende Stoff ist meist ein reines oder doch nahezu reines Kohlenwasserstoffgas
wie etwa Methan, Äthan, Propan od. dgl. oder besteht «us einem oder verschiedenen anderen Gasen. An einer
passenden Stelle der Rohrleitung 1 entnommenes Gas wird in einer Verflüssigungseinrichtung 2 durch
Kühlung und Kompression verflüssigt Das verflüssigte Gas wird in einem Speicherbehälter 3 gespeichert Die
Verflussigungseinrichtung 2 enthält einen Wärmeaustauscher 4, etwa in Form eines Rippenrohrs, zum
Vorkühlen des Gases, einen Kühler 5 zum weiteren Kühlen des vorgekühlten Gases mittels nach außen
abgegebener Wärme und einen Kompressor 6 zum Erhöhen der Verflüssigungstemperatur des Gases durch
Komprimieren desselben. Für den Kühler 5 kann eine an sich bekannte Kältemaschine oder Luftkühlvorrichtung
verwendet werden, wobei das zu kühlende Medium entweder das der Leitung 1 entnommene Gas
unmittelbar oder ein indirekt wirkendes Kühlmedium, etwa das dem Wärmeaustauscher 4 zugeführte wärmeübertragende Strömungsmittel od. dgl., sein kann. Der
Kompressor 6 erfüllt den Zweck, die Verflüssigungstemperatur des Gases zu erhöhen. Die Verflüssigungstemperatur beispielsweise von Methan beträgt —1610C,
läßt sich jedoch durch Kompression des Methans beträchtlich erhöhen, so daß der Kühler 5 nicht
übermäßig leistungsfähig zu sein braucht oder ganz wegfallen kann. Der erste Speicherbehälter 3 ist in
druckfester Bauweise ausgeführt und zum Schutz gegen Verdampfung des gespeicherten verflüssigten Gases,
beispielsweise mittels einer Innenauskleidung aus wärmeisolierendem Werkstoff, isoliert. Zur Steuerung
über eine Zweigleitung 7 aus der Hauptleitung 1 entnommenen Gasmengen ist in der Zweigleitung 7 ein
Entnahmeventil 8 vorgesehen, welches derart betätigbar ist daß der Leitung 1 nur überschüssiges Gas
entnommen und in den ersten Speicherbehälter 3 überführt wird.
Aus dem Speicherbehälter 3 entnommenes Flüssiggas wird in einem Verdampfer 9 wieder in Gasform
überführt und über eine Leitung mit einem Abgabeventil tO in die Leitung 1 eingespeist. Das Abgabeventil 10
dient der Steuerung der in die Leitung 1 eingespeisten Gasmenge, so daß der Leitung 1 also nur die jeweils am
Bedarf fehlende Menge Gas aus dem ersten Speicherbehälter 3 zugeführt wird. Als Verdampfer 9 kann z. B. eine
Kombination aus einem Entspannungsventil und einem
Wärmeaustauscher, etwa einem Rippenrohr oder auch
nur ein Wärmeaustauscher allein, verwendet werden.
Mit dem Entnahmeventil 8 und dem Abgabeventü 10 ist eine Einrichtung zum Umsteuern zwischen einer
ersten Betriebsweise, bei der Gas aus der Leitung 1
entnommen und im Speicherbehälter 3 gespeichert wird, und einer zweiten Betriebsweise, bei der aus dem
Speicherbehälter 3 entnommenes Flüssiggas verdampft und in die Leitung 1 eingespeist wird, verbunden. Di<ae
ίο Einrichtung steuert die Anordnung selbsttätig auf die
erste Betriebsweise, wenn die Gaszufuhr in der Leitung 1 den Bedarf übersteigt, und die zweite Betriebsweise,
wenn der Gasbedarf die über die Leitung 1 zugeführte Menge übersteigt, bewirkt also eine Anpassung der
%5 Zufuhr an einen häufig und in weitem Bereich
schwankenden Gasbedarf auch bei im wesentlichen konstanter Zufuhr.
Die Einrichtung zum Umsteuern zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise kann in verschiedenster
Weise ausgeführt und aufgebaut sein. Ein zur Wärmeisolierung seines Innenraums mit einer Wandbekleidung
aus wärmeisolierendem Material versehener zweiter Speicherbehälter 11 dient zur Speicherung des wärmeübertragenden Strömungsmittels. Als solches können
etwa Wasser, Methylalkohol, Äthylalkohol, Äthylenglykol, eine wässrige Kalziumchloridlösung, Äthan, Propan,
Butan. Pentan u. dgl. mehr dienen. Das wärmeübertragende Strömungsmittel wird mittels einer Pumpe 12 von
einem dritten Speicherbehälter 13 zum Verdampfer 9
überführt, dort bei der Verdampfung des Flüssiggases
gekühlt und anschließend in gekühltem Zustand im Speicherbehälter 11 gespeichert Aus diesem wird es
mittels einer Pumpe 14 zum Wärmeaustauscher 4 befördert und nach dem Vorkühlen des Gases darin
erneut im dritten Speicherbehälter 13 aufbewahrt. Durch diesen Umlauf des wärmeübertragenden Strömungsmittels läßt sich somit der Wärmehaushalt sehr
wirtschaftlich gestalten. Steht demgegenüber eine ausreichende Menge von Fluß- oder Seewasser mit
geringem Aufwand als wärmeübertragendes Strömungsmittel zur Verfügung, so kann es nach der
Kühlung im Verdampfer 9 und Zuleitung zum Wärmetauscher 4 abgelassen werden, ohne in den
dritten Speicherbehälter 13 zurückzukehren. Dabei wird
das durch die Wärmeaufnahme des verdampfenden Flüssiggases im Verdampfer 9 gekühlte Strömungsmittel im zweiten Speicherbehälter gespeichert. Die damit
zurückgewonnene »Kälteenergie« wird dann zum Kühlen des Gases in der ersten Betriebrweise
eingesetzt. Dadurch läßt sich die dem Kühler 5 und dem Kompressor 6 zum Verflüssigen des Gases von außen
zugeführte Energie beträchtlich verringern. Die Schwankungen des Gasbedarfs werden mittels eines in
der Leitung 1 angeordneten als Geber 15 wirkenden
Strömungsmessers ermittelt Die den ermittelten Schwankungen entsprechenden Werte werden einer
Steuervorrichtung 16 zugeführt welche in Abhängigkeit davon selbsttätig das Entnahmeventil 8 und die Pume 14
bzw. das Abgabeventü 10 und die Pumpe 12 betätigt.
Oo Dazu vergleicht die Steuervorrichtung einen darin
eingespeicherten Wert für die Gaszufuhr in der Leitung 1 mit dem Wert des über den Strömungsmesser 15
jeweils ermittelten Bedarfs. Übersteigt dabei die Zufuhr den Bedarf, so wird die Pumpe 12 abgestellt und
gleichzeitig damit die Einspeisung von Gas aus dem ersten Speicherbehälter 3 über das Abgabeventü 10 in
die Leitung 1 unterbrochen. Auf der anderen Seite wird gleichzeitig mit dem Ingangsetzen der Pumpe 14 die der
Leitung 1 zu entnehmende Gasmenge über das Entnahmeventil 8 eingestellt. Überschreitet andererseits
der Gasbedarf die Abgabemenge, so wird die Pumpe 14 abgestellt und gleichzeitig die Entnahme und
Überführung von Gas aus der Leitung 1 in den Speicherbehälter 3 mittels des Ventils 8 unterbrochen.
Auf der anderen Seite wird gleichzeitig mit dem Ingangsetzen der Pumpe 12 die vom Speicherbehälter 3
in die Leitung 1 einzuspeisende Gasmenge mittels des Abgabeventils 10 eingestellt. In der beschriebenen
Weise erfolgt das Umsteuern zwischen der ersten und der zweiten Betriebsweise sowie die Steuerung der
jeweils entnommenen bzw. eingespeisten Gasmengen selbsttätig in Abhängigkeit von den jeweiligen Beziehungen
zwischen Zufuhr und Bedarf. Die dazu verwendete Steuervorrichtung kann in verschiedener
Weise ausgeführt sein. An ihrer Stelle oder zusätzlich kann auch eine Handsteuervorrichtung vorhanden sein.
Die Anordnung nach F i g. 2, in welcher der Anordnung nach F i g. 1 entsprechende Teile mit
denselben Bezugszeichen versehen und nicht erneut beschrieben sind, ist für ein Leitungssystem vorgesehen,
in welchem das Gas von einer Abgabestelle zur Ausgleichs-Speicheranordnung unter einem hohen
Druck von etwa 50 kp/cm2 und von dort unter einem niedrigen Druck von etwa 1 kp/cm2 zur Verbrauchsstelle
geleitet wird.
In der Leitung 1 ist ein Druckminderventil 17 eingebaut, an dessen Zuströmseite das Gas unter hohem
Druck zuströmt und an dessen Abströmseite das Gas mit vermindertem Druck abströmt. Die Abzweigleitung
7 ist an der Zuströmseite des Druckminderventils 17 an der Leitung 1 angeschlossen, und die Einspeisung des
vom Speicherbehälter 3 zugeführten Gases erfolgt an der Abströmseite des Druckminderventils in die Leitung
1. Das in der jeweils erforderlichen, über das Entnahmeventil 8 gesteuerten Menge der Leitung 1
entnommene Gas wird in dem Wärmetauscher 4 vorgekühlt und dann in einem weiteren Wärmetauscher
18 noch weiter gekühlt Anschließend wird es in einer Entspannungsvorrichtung mit einem Entspannungsventil
19 und einer Entspannungskammer 20 adiabatisch entspannt wobei es sich durch weitere Abkühlung
verflüssigt. Das verflüssigte Gas wird von der Entspannungskammer 20 zur Speicherung in den ersten
Speicherbehälter 3 überführt. Ein durch die adiabatische Entspannung zwar abgekühlter, aber nicht verflüssigter
Anteil des Gases wird der Leitung 1 an der Abströmseite des Druckminderventils 17 über eine
Leitung 21 zugeführt. Das über die Leitung 21 zurückgeführte gekühlte Gas wird vorher als Kühlmedium
zum Kühlen des dem Entspannungsventil 19 zugeführten Gases im Wärmetauscher 18 verwendet,
um seine »Kälteenergie« noch wirksam zu nutzen. Das im Speicherbehälter 3 enthaltene Flüssiggas wird wie
bei der Ausführung nach F i g. 1 über den Verdampfer 9 und das Abgabeventil 10 eingespeist. Die durch
Verdampfung des Flüssiggases im Verdampfer 9 erhaltene »Kälteenergie« wird, ebenfalls wie bei der
ersten Ausführung, unter Verwendung eines zwischen dem zweiten und dem dritten Speicherbehälter 11 bzw.
13 umlaufenden wärmeübertragenden Mediums zurückgewonnen und zum Vorkühlen des Gases im Wärmetauscher
4 verwendet Bei der Verflüssigung des Gases durch seine adiabatische Entspannung unter Ausnützung
des in der Leitung 1 vorhandenen Förderdrucks können mit von außerhalb des Systems zugeführten
Energie gespeiste Verflüssigungseinrichtungen, wie etwa der Kühler 5 in Fig. 1, weggelassen werden, so
daß sich die Anlagekosten sowie die Betriebskosten der Anordnung erheblich verringern. Der Strömungsmesser
15 und die Steuervorrichtung 16 zum selbsttätigen Bedienen des Entnahmeventils 8, der Pumpe 14. des
Abgabeventils 10 und der Pumpe 12 je nach dem in der Leitung 1 auftretenden Gasbedarf haben die gleiche
Wirkungsweise wie bei der Ausführung nach Fig. 1.
Somit schafft die Erfindung eine Ausgleichs-Speicheranordnung mit Kühleinrichtungen zum Verflüssigen von
einer Rohrleitung entnommenem Gas, einem Speicherbehälter zum Speichern des verflüssigten Gases in
flüssiger Form, einer Einrichtung zum Verdampfen des Flüssiggases und Einspeisen desselben in die Rohrleitung,
einem Behälter zum Speichern eines w^rmeübertragenden
Mediums in gekühltem Zustand, wobei die Kühlung des wärmeübertragenden Mediums bei der
Verdampfung des Flüssiggases stattfindet, und mit einer Einrichtung zum Ausnützen des gekühlten wärmeübertragenden
Mediums als Energiequelle zum Verflüssigen des Gases. Das Verflüssigen und Speichern des Gases
sowie das Verdampfen und Einspeisen desselben erfolgt wahlweise in Abhängigkeit von Schwankungen des in
der Rohrleitung auftretenden Gasbedarfs.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Speichervorrichtung zum Ausgleichen wechselnden Gasbedarfs, mit einer Verflüssigangseinrich- S
tung für zu speicherndes Gas, einem der Verflüssigungseinrichtung nachgeschalteten wärmeisolierten
Flüssiggas-Speicherbehälter, einem diesem nachgeschalteten Verdampfer und einem mit diesem zum
Kühlen eines Kühlmittels für die Verfiüssigungseinrichtung zusammenwirkenden Wärmetauscher, dem
ein wärmeisoüerter Speicherbehälter für das Kühlmittel nashgeschaltet ist, der an die Verflüssigungseinrichtung angeschlossen ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleichen von
häufigen Schwankungen in einer Gasleitung an diese ein der Verflüssigungseinrichtung (2) vorgeschaltetes regelbares Entnahmeventil (8) und ein zwischen
den Verdampfer (9) und die Gasleitung (1) eingeschaltetes regelbares Abgabeventil (10) angeschlossen sind und eine über einen Geber (15) auf die
Schwankungen des Gasbedarfs in der Gasleitung (1) ansprechende Steuereinrichtung (16) vorgesehen ist
durch weiche beim Absinken des Gasbedarfs unter einen Sollwert das öffnen des Entnahmeventils (8)
und eine das Kühlmittel aus dem Speicherbehälter (11) der Verflüssigungseinrichtung (2) über diese in
den Speicherbehälter (13) des Verdampfers (9) zuführende Pumpe (14) gesteuert ist während beim
Ansteigen des Gasbedarfs über einen anderen Sollwert das öffnen des Abgabeventils (10) und eine
das Kühlmittel aus dem Speicherbehälter (13) des Verdampfers (9) über diesen in den Speicherbehälter
(11) zuführende Pumpe (12) gesteuert ist
2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet daß die Verflüssigungseinrichtung (2) einen
Kühler (5) zum Kühlen des der Gasleitung (1) entnommenen Gases aufweist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Verflüssigungseinrichtung
(2) einen Wärmetauscher (4) zum Vorkühlen des der Gasleitung ,'I) entnommenen Gases und eine
Entspannungs-Einrichtung (19, 20) zum adiabatischen Entspannen des vorgekühlten Gases aufweist
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 4s
dadurch gekennzeichnet daß der Verdampfer (9) aus einem Wärmetauscher für den Wärmetausch zwischen dem Flüssiggas und dem wärmeübertragenden Strömungsmittel besteht.
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8235 | Patent refused |