DE2255746A1 - Verfahren und einrichtung zum aufwaermen isolierter lagerbehaelter fuer kryogenische fluessigkeiten nach dem entleeren - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum aufwaermen isolierter lagerbehaelter fuer kryogenische fluessigkeiten nach dem entleeren

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Description

flüssigkeiten nach dem Bntleeren
Die Erfindung betrifft Einrichtungen, die dazu dienen, wärmeisolierte Lagerbehälter für kryogenische Flüssig-' keiten, z.B, Flüssigerdgas, nach dem Entleeren aufzuwärmen·
Die'Erfindung kann z.B. bei !Tankschiffen angewendet werden, bei denen wärmeisolierte Lagebehälter zürn Transportieren kryogenischer Flüssigkeiten vorhanden sind, bei denen es sich um auf einer sehr tiefen Temperatur befindliche verflüssigte Gase, 2.B-. um aus Erdöl gewonnene Gase wie Propan oder Butan oder Flüssigerdgas handelt. Bei solchen Tankschiffen ist es zur Erzielung einer hohen Wirtschaftlichkeit bei jedem Transportvorgang wichtig, daß die Liegezeiten in den Häfen möglichst weitgehend abgekürzt werden, und von Zeit zu Zeit ist es z.B. zum Durchführen von Wartungsarbeiten erforderlich, die Behälter auf die Umgebungstemperatur aufzuwärmen. Daher ist es auch erwünscht, daß man in der Lage ist, ein solches Aufwärmen der Behälter innerhalb einer möglichst kurzen Zeit durchzuführen.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren geschaffen worden, das es ermöglicht, einen isolierten Lager- oder Transportbehälter für eine kryogenische Flüssigkeit nach dem Entleeren aufzuwärmen, und das Maßnahmen umfaßt, um eine Quelle für ein Wärmeübertragungsmittel bereitzustellen, das sich im flüssigen Zustand befindet, und das diesen Zustand bei einem in der Praxis vertretbaren Druck innerhalb eines Temperaturbereichs beibehält, der sich von der Umgebungstemperatur im wesentlichen bis zum Siedepunkt der kryogenischen Flüssigkeit erstreckt, um ferner dem Wärmeübertragungsmittel latente Wärme zuzuführen, um es bei einem erhöhten Druck zu verdampfen, und um das verdampfte wärmeübertragungsmittel, das sich auf der erhöhten Temperatur befindet, in den Lagerbehälter einzuleiten, damit ein indirekter Wärmeaustausch mit der Kälte des Behälters stattfindet; hierbei bewirkt der Wärmeaustausch, daß das Wärmeübertragungsmittel im wesentlichen bei dem erhöhten Druck in seinen flüssigen Zustand zurückkehrt; der erhöhte Druck wird so eingestellt, daß ein Gefälle vorhanden ist, das ausreicht, um dazu beizutragen, das Strömen des Wärmeübertragungsmittel s durch den Lagerbehälter hindurch aufrechtzuerhalten. Ferner ist durch die Erfindung eine Einrichtung zum Durchführen des soeben beschriebenen Verfahrens geschaffen worden.
Zu einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Aufwärmen eines Lagerbehälters für eine kryogenische Flüssigkeit gehören ein Behälter zum Aufnehmen eines Wärmeübertragungsmittels, eine Pumpenanordnung zum Fördern des gespeicherten Wärmeübertragungsmittels durch einen Verdampfer zu einem in dem Lagerbehälter angeordneten Wärmetauscherelement sowie eine Rückleitung, die das Vv1 arme tau schere lerne nt mit dem Vorratsbehälter für das Wärmeübertragungsmittel verbindet; hierbei ist die Anordnung derart, daß während des Betriebs der Einrichtung das-Wärmeübertragungsmittel dem Verdampfer im flüssigen Zustand zugeführt wird, daß es in dem Verdampfer bei einem erhöhten Druck verdampft wird,
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und daß es dann dem Lagerbehälter zugeführt wird, um in einen indirekten Wärmeaustausch mit dem Lagerbehälter zu treten.
Wenn es sich um Flüssigerdgas handelt, ist es zweckmäßig, als Wärmeübertragungsmittel einen aus Erdöl gewonnenen Kohlenwasserstoff zu verwenden, z.B. Propan, Isobutan, Isopentan, Propylen, 1-Buten oder 1-Penten oder einen fluorhaltigeri Kohlenwasserstoff, z.B. Monochlordifluormethan oder Dichlordifluormethan, doch wird vorzugsweise Isopentan verwendet.
Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand einer schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels erläutert.
Die Zeichnung zeigt in Form eines Fließbildes eine Einrichtung zum Aufwärmen von Behältern, die geeignet ist, bei einem Tankschiff benutzt zu werden, das mehrere Lagebehälter zum Aufnehmen von Flüssigerdgas aufweist.
Gemäß der Erfindung wird Isopentan bei Umgebungstemperatur und unter atmosphärischem Druck in einem Lagerbehälter 1 bereitgehalten und nach Bedarf einem ,Behälter 3 über ein Schiebeventil 2 und ein !Rückschlagventil 2a zugeführt. Der Behälter 3 ist mit einem Wärmetauscher 4 durch eine Rohrleitung 5 verbunden, in die am Ausgang des Behälters 3 ein Schieberventil 6 eingeschaltet ist; ferner sind gemäß der Zeichnung zwei Pumpen 7 vorhanden, die parallelgeschaltet sind und jeweils mit einem Einlaßventil 7a und einem Auslaßventil 7b ausgerüstet sind, so daß es möglich ist, jeweils eine Pumpe in Bereitschaft zu halten, während sich die andere Pumpe in Betrieb befindet; dem Einlaß des Vvarmetauschers 4 ist ein äußeres Schieberventil 8 vorgeschaltet. Zu der Rohrleitung 5 gehört ferner ein die lumpen 7 umgehender Abschnitt 5a» in die ein Iiugelüchieberventil 5b eingeschaltet ist. Der. Wärmetauscher 4 ist über ein Kegelventil 10 mit einer Dampfleitung 9-ver-
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bunden, und er ist so angeordnet, daß der ihm zugeführte Dampf eine indirekte Quelle für Wärme bildet, die dem durch den Wärmetauscher strömenden flüssigen Isopentan zugeführt wird. Das aus dem Dampf entstehende Kondensat wird aus dem Wärmetauscher 4 über eine Leitung 9a abgeführt. Das in dem Wärmetauscher verdampfte Isopentan wird dem oberen Teil des Wärmetauschers über eine Rohrleitung 11 und ein Schieberventil 13 entnommen und einer Dampfverteilerleitung 16 zugeführt, mittels welcher der Dampf jedem von mehreren Flüssigerdgasbehältern 17 zugeführt werden kann. Die Leitung 16 zum Verteilen des verdampften Isopentane wird auf einem vorbestimmten Druck und einer vorbestimmten Temperatur gehalten; zu der Einrichtung zum Eegeln dieser Temperatur gehört ein in die Dampfleitung 9 eingeschaltetes Regelventil 10, das an einen in die Rohrleitung 11 eingeschalteten Temperaturregler 15 angeschlossen ist.
In der Zeichnung ist einer der Ladebehälter 17 für Flüssigerdgas in einem größeren Maßstab dargestellt, so daß man erkennt, daß bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel jeder Behälter zwei getrennte Wärmetauscher-Rohrschlangen 18 und 19 enthält, die über Rohrleitungen 21 und 22 gespeist werden, wobei in jede dieser ^eitungen ein Schieberventil 23 eingeschaltet ist. Die Rohrschlangen und 19 sind vorzugsweise als mit zahlreichen Rippen versehene Rohre aus Aluminium ausgebildet. Die Auslässe der beiden Rohrschlangen sind an eine gemeinsame Austrittsleitung 24 angeschlossen, die über ein Schieberventil 25 zu einer Flüssigkeitssammelleitung 26 führt, die mit dem Behälter 3 verbunden ist; ferner ist die Sammelleitung über ein Schieberventil 28 und einen Standhöhenanzeigermit einem Sichtglas mit dem Vorratsbehälter 1 verbunden, der mit einem Stickstoffauslaß 30 und einem Überdruckventil 31 ausgerüstet ist. Von dem Behälter 3 aus erstreckt sich zu dem Vorratsbehälter 1 eine Rückleitung 32, in die ein Regelventil 33 eingeschaltet ist, das mit einem dem Behälter 3 zugeordneten Standhöhenregler verbunden ist,
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um jede Volumenzunahme des Isopentans auszugleichen, die eintritt, wenn sich seine Temperatur beim Betrieb der Einrichtung erhöht. Der Standhöhenregler 34 ist ferner mit einer beim Erreichen der niedrigsten zulässigen Standhöhe ansprechenden.Vorrichtung 34a zum Stillsetzen der Pumpen 7 verbunden. In die Rohrleitung 32 ist ein Kühler 35 eingeschaltet, bei dem Seewasser als Kühlmittel verwendet wird.
In die Rohrleitung 5 ist zwischen den Pumpen 7 Regelventil 36 eingeschaltet, und ferner ist ein Schieberventil 8 vorhanden;das Regelventil 36 ist mit einem Differenztemperaturregler 37 verbunden, der zwischen der Verteilerleitung 16 und der Sammelleitung 26 angeschlossen ist, und ein weiteres Regelventil 38 ist in eine die Dampfverteilerleitung mit der Leitung 27 verbindende Umgehungsleitung 39 eingeschaltet und mit einem in die Leitung 27 eingeschalteten Temperaturregler 41 verbunden.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Aufwärmein-■ richtung für den Fall beschrieben, daß die Ladungsbehälter 17 kalt sind und jeweils eine kleine Flüssigerdgasmenge enthalten, daß die Einrichtung .mit unter Druck stehendem Stickstoff gefüllt ist, und daß alle Ventile geschlossen sind. Hierbei werden die nachstehend genannten Arbeitsschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
1) Die Ventile 2 und 28 werden geöffnet, damit der Behälter 3 mit Isopentan von Umgebungstemperatur gefüllt werden kann;
2) die Ventile 6 und 8 sowie die'Ventile 7a und 7b der zu benutzenden Pumpe 7 werden geöffnet, und die Pumpe wird in Betrieb gesetzt, um den Wärmetauscher 4 und den Behälter 3 mit Isopentan zu füllen. Das Ventil 2 wird geschlossen.
3) An dem Temperaturregler 15 wird eine relativ niedrige Temperatur von z.B. etwa 82° G eingestellt,
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um den Dampfstrom so einzuregeln, daß Isopentandampf mit einem Druck von etwa 3,5 kp/cm entsteht· Das Ventil 13 sowie alle Dampf- und Flüssigkeitsventile 23 und 25» die an die Einlasse bzw. die Auslässe der Jiohrschlangen 18 und 19 in den Behältern angeschlossen sind, werden geöffnet, so daß das Isopentan den vorhandenen. Stickstoff zum oberen Teil des Vorratsbehälters 1 verdrängt und der Stickstoff über den Auslaß 30 an die Atmosphäre abgegeben wird.
4) Sobald flüssiges Isopentan an dem Schauglas 29 erscheint, wird das Ventil 28 geschlossen;
5) sobald die Temperatur in dem Behälter 3 ins Gleichgewicht gekommen ist, arbeitet die Einrichtung in der normalen Weise. Die in der Einrichtung herrschende Temperatur kann Jetzt allmählich auf einen Höchstwert von etwa 160° C eingestellt werden, wobei der
2 entsprechende Druck etwa 20 kp/cm beträgt; zu diesem Zweck wird der Temperaturregler 15 zum Steuern des Regelventile 10 entsprechend eingestellt. Hierauf kann man die Dampfventile 23 so einstellen, daß die Behälter 17 gleichmäßig schnell aufgewärmt werden;
6) sobald die Behälter aufgewärmt sind, wird die betreffende Pumpe 7 stillgesetzt, und die Zufuhr von Dampf über die Leitung 9 wird unterbrochen. Ferner wird das Flüssigkeitsventil 25 und die Dampfventile 23 jedes Behälters 1? geschlossen, und gleichzeitig wird das Ventil 13 geschlossen, woraufhin man die Einrichtung abkühlen läßt;
7) die Einrichtung wird mit Stickstoff durchgespült.
Zu diesem Zweck wird unter Druck stehender Stickstoff der Einrichtung an mit Ventilen versehenen Abzweigungen zugeführt bzw. durch die Einrichtung geleitet, z.B. gemäß der Zeichnung dort, wo sich die mit N2 bezeichneten Pfeile befinden;
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8) der Temperaturregler 15 wird abgestellt, und das gesamte aus dem Dampf entstandene Kondensat wird über die Leitung 9a abgeführt.
Das durch den Differenztemperaturregler 37 gesteuerte Ventil 36 arbeitet in der Weise, daß ein Mindestmaß der. Unterkühlung des durch die Ladungsbehälter 17 strömenden Isopentans aufrechterhalten wird, .wie es erforderlich ist, um eine Selbstverdampfung des Isopentans in den Leitungen für das flüssige Isopentan zu verhindern, während das in die Umgehungsleitung 39 eingeschaltete Ventil 38 so arbeitet, daß die Temperatur daran gehindert wird, einen Wert anzunehmen, der unter der für den Behälter 3 und die Pumpen 7 konstruktiv vorgesehenen I'viindesttemperatur liegt.
Das vorstehend beschriebene Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung bilden eine Alternative zu den bis jetzt gebräuchlichen Verfahren und Einrichtungen zum Aufwärmen der Behälter eines Tankschiffs für Flüssigerdgas. Bei dieser bekannten Einrichtung wird heißes gasförmiges lie than durch die Ladungsbehälter geleitet, um einen direkten Wärmeaustausch mit den Behältern herbeizuführen; zu diesem Zweck werden Verdichter und Wärmetauscher benutzt. Die Nachteile dieser bekannten Einrichtung sind im folgenden aufgeführt:
Ean benötigt große Verdichter und !Rohrleitungen von großem Durchmesser, um einen ausreichenden Mengenstrom des durch die Behälter geleiteten Gase zu erreichen. Bei einem großen Tankschiff, bei dem das Fassungsvermögen der Behälter in der Größenordnung von z.B. 120 000 nr oder darüber liegt, könnte leicht die in der Praxis vertretbare Grenze beim Aufwärmen der Ladungsbehälter erreicht-werden, und diese Grenze würde whrscheinlich in der Größenordnung von zwei Tagen oder mehr.liegen. Im vorliegenden Fall wird die Grenze durch die Abmessungen von ohne weiteres verfügbaren Verdichtern bestimmt, die geeignet sind, in ein solches Tankschiff eingebaut zu werden. Bei einem iPank-
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schiff, dessen Behälter ein Fassungsvermögen von 120 000 nr haben, würde man einen Gasstrom von etwa 990 irr/min benötigen, um das Aufwärmen innerhalb von zwei Tagen durchzuführen, doch beträgt gegenwärtig die Förderleistung der größten verfügbaren Verdichter nur etwa 565 m /min, so daß man zwei Verdichter benötigen würde; hierdurch wurden sich die Kosten der vollständigen Einrichtung wesentlich erhöhen.
Schätzungen lassen erkennen, daß es mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der Isopentan auf indirekte Weise zur Wirkung gebracht wird, möglich sein würde, die Ladungsbehälter innerhalb etwa eines Tages über einen durchschnittlichen Temperaturbereich von etwa , -150 bis etwa +4,5° C aufzuwärmen. Bei einem Tankschiff
■χ mit einem Fassungsvermögen von 120 000 nr könnte man daher erwarten, daß es das indirekt arbeitende Verfahren nach der Erfindung ermöglicht, das Aufwärmen der Behälter im Vergleich zu dem bekannten Verfahren in der Hälfte der bei dem bekannten Verfahren benötigten Zeit durchzuführen. Da man gemäß der Erfindung keine sehr großen Verdichter benötigt, wird geschätzt, daß es bei einer erfindungsgemäßen, indirekt arbeitenden Einrichtung möglich ist, bei den Kosten der vollständigen Anlage zum Handhaben des Ladeguts Einsparungen von etwa 10% zu erzielen.
Patentansprüche: 309821/078?

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zum Aufwärmen eines isolierten Lagerbehälters für eine kryogenische flüssigkeit nach dem Entleeren des Behälters, dadurch g e k ennzeichnet, daß eine Quelle für ein sich im flüssigen Zustand "befindendes Wärmeübertragungsmittel bereitgestellt wird, das bei einem entsprechenden Druck innerhalb eines Temperaturbereichs, der sich von der Umgebungstemperatur im wesentlichen bis zum Siedepunkt der kryogenischen Flüssigkeit erstreckt, in seinem flüssigen Zustand verbleibt, daß dem Wärmeübertragungsmittel latente Wärme zugeführt wird, um es bei einem erhöhten Druck zu verdampfen, und daß das verdampfte Wärmeübertragungsmittel mit dem erhöhten Druck in den Lagerbehälter eingeleitet wird, um in einen indirekten Wärmeaustausch mit der Kälte des Behälters zu treten, so daß der Wärmeaustausch bewirkt, daß das Wärmeübertragungsmittel im wesentlichen bei dem erhöhten Druck in seinen flüssigen Zustand zurückkehrt, und daß der erhöhte Druck so eingestellt wird, daß ein ausreichendes Druckgefälle vorhanden ist, das dazu beiträgt, das Strömen des Wärmeübertragungsmittels durch den Lagerbehälter aufrechtzuerhalten.
  2. 2. Einrichtung zum Aufwärmen eines Lagerbehälters für eine kryogenische Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß ein Behälter (3) für ein Wärmeübertragungsmittel vorhanden ist, ferner eine Pumpenanordnung (7) zum.Zuführen des gespeicherten Wärmeübertragungsmittels über einen Verdampfer (4) zu einem in dem Lagerbehälter
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    (17) angeordneten Mrmetauscherelement (18, 19), daß eine Eü c kl ei tu ng (26) das IVärmetauscherelement mit dem Behälter (3) verbindet, und daß die Anordnung derart ist, daß beim Betrieb der Einrichtung das Wärmeaustauschmittel dem Verdampfer in flüssiger Form zugeführt wird, daß es in dem Verdampfer unter einem erhöhten Druck verdampft wird, und daß es dann dem Lagerbehälter zugeführt wird, um in eine indirekte Wärmeaustauschbeziehung zu ihm gebracht zu werden.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2 zur Benutzung in Verbindung mit mehreren Lagerbehältern, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lagerbehälter (17) mit einem Wärmetauscherelement (18, 19) versehen ist, das mit der Einrichtung durch Ventile (23, 25)» eine gemeinsame Dampfverteilerleitung (16) und eine gemeinsame Flüssigkeitssammelleitung (26) verbunden ist, und daß die Ventile so betätigbar sind, daß sich die Aufwärmgeschwindigkeiten der verschiedenen Lagerbehälter untereinander abgleichen lassen.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter (3) an einen Ergänzungsvorratsbehälter (1) für das Wärmeübertragungsmittel angeschlossen ist, daß zwischen dem Behälter und dem Ergänzungsvorratsbehälter eine Umgehungsleitung (32) vorhanden ist, in die ein Regelventil (33) eingeschaltet ist, das mit einem dem Behälter zugeordneten Standhöhenregler (34) verbunden ist, und daß die Anordnung derart ist, daß sich die Ausdehnung des Wärmeübertragungsmittels, die auf eine Erhöhung seiner Temperatur beim Betrieb der Einrichtung zurückzuführen ist, ausgleichen läßt.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß in die Umgehungsleitung (32) ein Kühler (35) eingeschaltet ist.
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  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 "bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß in die Leitung zwischen der Pumpenanordnung (7) und dem Verdampfer (4) ein Regelventil (36) eingeschaltet ist, das mit einem Differenztemperaturregler (37) verbunden ist, welcher zwischen der "Verteilerleitung (16) und der Sammelleitung (26) für die Wärmetauscherelemente (18, 19) angeschlossen ist, und daß der Differenztemperaturregler so eingestellt wird, daß während des Betriebs der Einrichtung das Regelventil bewirkt, daß eine solche Unterkühlung des Wärmeübertragungsmittels aufrechterhalten wird, daß eine Selbstverdampfung des Wärmeübertragungsmittels in den Flüssigkeit führenden Leitungen der Einrichtung verhindert wird.
  7. 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß in eine Umgehungsleitung (39) zwischen der Verteilerleitung (16) und der Sammelleitung (26) der Wärmetauscherelemente (18, 19) ein Regelventil (38) eingeschaltet ist, das mit einem Temperaturregler (41) verbunden ist, welcher in die Sammelleitung (26) eingeschaltet ist, und daß der Temperaturregler so eingestellt wird, daß während des Betriebs der Einrichtung das Regelventil bewirkt, daß ein Absinken der Temperatur bis unterhalb der konstruktiv vorgesehenen Mindesttemperatur des Behälters (3) und der Pumpenanordnung (7) verhindert wird« .
    309821/0782
    L e e r s e i t e
DE2255746A 1971-11-17 1972-11-14 Verfahren und einrichtung zum aufwaermen isolierter lagerbehaelter fuer kryogenische fluessigkeiten nach dem entleeren Ceased DE2255746A1 (de)

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