DE2252638B2 - Speichervorrichtung zum ausgleichen wechselnden gasbedarfs - Google Patents

Speichervorrichtung zum ausgleichen wechselnden gasbedarfs

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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)

Patentansprüche:
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.
50
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