DE2649020A1

DE2649020A1 - Verfahren und vorrichtung zur trocknung und kuehlung von gasen

Info

Publication number: DE2649020A1
Application number: DE19762649020
Authority: DE
Inventors: Ruppert Boch
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1976-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1978-05-11
Also published as: FR2368986A1; SE7711951L

Description

MANNHEIM BROWN BOVERi

BiC

Mp.-Nr. 643/76 Mannheim, den 26. Oktober 1976

ZFE/P3-Kr./dr

"Verfahren und Vorrichtung zur Trocknung und Kühlung von Gasen"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trocknung und Kühlung von Arbeitsgasen sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie findet vorzugsweise Anwendung bei der Trocknung von Gasen, die zur Kühlung von Läufer und Ständer eines Generators benutzt werden.

Bisher wurden solche Gase, wie allgemein bekannt ist, mit SiIicagel oder mit einem Molekularsieb getrocknet. Bei der Trocknung der Gase mit Silicagel muß zum Schutz vor öldämpfen in Trockenmittelbetten ein Aktivkohlefilter vorgeschaltet werden. Das Aktivkohlefilter muß nach Sättigung durch im Gas enthaltenes Öl erneuert werden. Öl, das vom Filter nicht zurückgehalten werden kann, sammelt sich in den Poren des Silicagels an. Dabei kann es zu einer Ölcrackung kommen. Die Betriebstemperatur des zu trocknenden Gases liegt im Regenerationsbereich, somit ist keine Trocknungskapazität vorhanden. Die Absorption verläuft exotherm. Wenn Gase hoher Feuchtigkeit bei niedrigem Druck getrocknet werden, findet ein störender Temperaturanstieg in der Trockenmittelschüttung statt. Es verringert die Trocknungskapazität. Eine zusätzliche Kühlung ist erforderlich.

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Bei der Trocknung mit einem Molekularsieb sammeln sich Verunreinigungen, die im Prozeß oder im Regenerationsstrom enthalten sind in den Poren der Molekularsiebe an. Dabei tann es zu einer Crackung oder einer Polymerisation organischer Moleküle in den Perioden hoher Temperatur während der Regeneration kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Gas, insbesondere ein Kühlgas, gleichzeitig gekühlt und getrocknet werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelost, daß der Taupunkt des heißen Gases ermittelt wird, daß das Gas mit einer vorgebbaren Menge eines kühleren Gases gemischt wird, daß die gesamte Gasmenge weiter abgekühlt wird und dabei Wasser und Öl aus dem Gas ausgeschieden wird, daß nach einer weiteren Taupunktmessung für den größten Teil des Gases die Kühlung und Trocknung beendet ist, während eine verbleibende kleinere Gasmenge bis auf mindestens 5°C abgekühlt wird, daß der kleineren Gasmenge weiter Wasser und Öl entzogen wird und daß die kleinere Gasmenge zur Mischung mit dem heißen Gas herangezogen wird.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, ein Gas, das beispielsweise zur Kühlung von Anlagen benutzt wird, während eines Arbeitsganges zu trocknen und zu kühlen. In vorteilhafter Weise wird die größere Gasmenge während des Trocknungsprozesses auf 40° C gekühlt.

Die Erfindung bedient sich zur Durchführung des Verfahrens einer Einrichtung die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Ausgang eines Betriebskühlers an eine Ableitung und an die Zuführung eines Trocknungskühlers angeschlossen, dessen Aus-

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gang mit dem Eingang des Betriebskühlers in Verbindung steht, daß der Trocknungskühler zusätzlich mit einem KUhlblock ausgerüstet ist, der mit einer, in die Zuführung des Betriebskühlers eingebauten Taupunktmeßeinrichtung verbunden ist, daß der Betriebskühler und der Trocknungskühler an Kondensatsableitungen für Wasser und Öl angeschlossen sind.

In vorteilhafter Weise ist vor der Eintrittsöffnung des Betriebskühlers ein Gebläse installiert, durch das sowohl das in der Zuführung des Betriebskühlers als auch das durch den Trocknungskühler strömende Gas angesaugt, vermischt und in den Betriebskühler geleitet wird. Liegt der durch die Taupunktmeß einrichtung ermittelte Taupunkt des in der Zuführung des Betriebskühlers befindlichen heißen Gases bei einer Temperatur die größer ist als 10 C, so wird durch eine Einschaltautomatik, die zwischen dem Kühlblock des Trocknungskühlers und der Taupunktmeßeinrichtung installiert ist, der Kühlblock eingeschaltet. Durch den Kühlblock wird die in den Kühlschlangen des Trockungskühlers befindliche Kühlflüssigkeit zusätzlich gekühlt.

Zur nochmaligen Kontrolle des Taupunktes ist in die Ableitung des Betriebskühlers eine zweite Taupunktmeßeinrichtung eingebaut. Sowohl an den Betriebskühler als auch an den Trocknungskühler ist eine Kondensatsableitung für Wasser angeschlossen, der jeweils eine Kondensatsableitung für Öl nachgeschaltet ist. Zur Erfassung der durch Kondensation im Betriebskühler und im Trocknungskühler aus dem Gas ausgeschiedenen Menge an Wasser sind die beiden Kondensatsableitungen für Wasser an eine Mengenerfassungseinrichtung angeschlossen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

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Es zeigt:

Fig. 1 eine Trocknungseinrichtung für Gase,

Fig. 2 eine vereinfachte Variante der in Fig. 1 gezeigten Trocknungseinrichtung.

Die in Figur 1 gezeigte Trocknungseinrichtung 1 ist im wesentlichen aus einem Betriebskühler 2, einem Trocknungskühler 3, zwei Taupunktmeßeinrichtungen 4 und 5, zwei Kondensatsableitungen für Wasser 6 und 7 und zwei Kondensatsableitungen für Öl 8 und 9 aufgebaut. In die Zuführung 10 des Betriebskühlers 2 ist die erste Taupunktmeßeinrichtung 4 eingebaut. Vor der Eintrittsöffnung des Betriebskühlers 2 ist ein Gebläse 11 installiert. Die Zuführung 10 des Betriebskühlers 2 kann wie in diesem Beispiel aufgezeigt an die Austrittsöffnung des Ständerraumes eines Generators 19 angeschlossen werden. Die Austrittsöffnung des Betriebskühlers 2 ist zum einen mit einer Ableitung 12 für das im Betriebskühler 2 getrocknete Gas verbunden. Die Ableitung 12 ist in diesem Beispiel an die Eintrittsöffnung des Ständerraumes des oben erwähnten Generators angeschlossen. In die Ableitung 12 ist die zweite Taupunktmeßeinrichtung 5 eingebaut, mit der das im Betriebskühler getrocknete Gas nochmals auf seinen.jetzigen Taupunkt überprüft wird, Die Austrittsöffnung ist zum anderen über eine Zuführung 14 an den Trocknungskühler 3'angeschlossen. Der Ausgang des Trocknungskühlers 3 ist über eine Begrenzungsblende 15 mit der Saugseite des Gebläses 11 verbunden. Der Trocknungskühler 3 ist zusätzlich mit einem Kühlblock 16 ausgestattet. Die in die Zuführung 10 des Betriebskühlers eingebaute Taupunktmeßeinrichtung 4 ist an eine Einschaltautomatik 17 angeschlossen, die mit dem Kühlblock 16 der Trocknungseinrichtung 3 in Verbindung steht. Der Betriebskühler 2 und der Trocknungskühler 3 sind an je eine Kondensatsableitung für Wasser 6 und 7 angeschlossen. Die bei-

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den Kondensatsableitungen für Wasser 6 und 7 sind ihrerseits jeweils an je eine Kondensatsableitung für Öl 8, 9 angeschlossen. j Die beiden Kondensatableitungen für Wasser 6 und 7 stehen zur Registrierung der kondensierten Wassermenge im Betriebskühler 2 und Im Trocknungskühler 3 mit einer Mengenerfassungseinrichtung 23 in Verbindung.

Die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung für Gase hat folgende Wirkungsweise:

Die erfindungsgemäße Trocknungseinrichtung sei beispielsweise mit dem Ständerraum eines Generators verbunden, dessen zur Kühlung benutztes Gas, hier beispielsweise Stickstoff, soll mittels der Trocknungseinrichtung getrocknet und gekühlt werden. Bas vom Ständerraum kommende heiße Gas wird über die Zuleitung 10 vom Gebläse 11 angesaugt. Ebenso wird das durch den Trocknungskühler 3 geschickte und dort auf mindestens 5°C gekühlte Gas, dessen Meng sich durch die Begrenzungsblende 15 bemessen läßt, vom Gebläse 11 angesaugt und mit dem heißen, aus dem Ständerraum kommenden Gas gemischt und in den Betriebskühler 2 geleitet. Das gesamte Gas wird im Betriebskühler 2 abgekühlt und zwar vorzugsweise bis auf 40⁰C. Bei diesem Kühlprozeß kommt es zu einer Kondensation von Wasser und Öl, das möglicherweise im Gas enthalten ist und von diesem während der Kühlung des Ständerraumes aufgenommen wurde. Das im Betriebskühler kondensierte Wasser-Ölgemisch wird zunächst einer Kondensatsableitung 6 für Wasser zugeführt, in der das Wasser ausgeschieden wird. Das vom Wasser abgetrennte Öl wird von dort in eine Kondensatsableitung 8 für öl weitergeleite Das in der Kondensatsableitung 8 aufgefangene Öl kann wieder ver wendet werden. Für den größten Teil des aus dem Betriebskühler 2 kommenden Gases ist die Trocknung und Kühlung beendet. Er wird, nach einer nochmaligen Taupunktermittlung, in den Ständerraum des Generators zurückgeführt. Ein kleinerer Teil des bereits im Betriebskühler 2 getrockneten Gases wird in den Trockungskühler 3 weitergeleitet. Dies geschieht unter Zuhilfenahme des

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Gebläses 11, das das Gas in den Trocknungskühler 3 drückt. Die Menge des in den Trocknungskühlers 3 zu saugenden Gases kann durch die Begrenzungsblende 15 vorgegeben werden. Das Gas wird im Trocknungskühler 3 auf 5°C gekühlt. Bei dieser Kühlung kommt es zu einer Kondensation des Wassers und des Öls, das während der Trocknung des Gases im Betriebskühler 2 noch nicht ausgeschieden wurde. Wird mittels der Taupunktmeßeinrichtung 4 ein Taupunkt des heißen, aus dem Ständerraum kommenden Gases ermittelt, der bei einer Temperatur liegt, die größer ist als 1O°C, so wird über die Einsehaltautomatik 17 der Kühlblock 16 zur zusätzlichen Kühlung der in den Kühlschlangen des Trocknungskühlers 3 fließenden Kühlflüssigkeit eingeschaltet. Ein Taupunktanstieg kann beispielsweise durch Undichtigkeiten in der Ständerwicklung hervorgerufen werden, wobei es zu einer überhöhten Anreicherung des Kühlgases mit Wasser kommt. Der Kühlblock bleibt so lange in Betrieb, bis ein Taupunkt von 5°C erreicht ist. Die Abschaltung erfolgt ebenso wie die Zuschaltung durch die Taupunktmeßeinrichtung 4. Das im Trockungskühler 3 abgeschiedene Gemisch aus Wasser und Öl wird zunächst in eine Kondensatsableitung 7 für Wasser abgeleitet, in der das Wasser ausgeschieden wird. Das verbleibende öl wird anschließend in eine Kondensatsableitung 9 weitergeführt. Das in der Kondensatsableitung 9 aufgefangene öl kann wieder verwendet werden. Das in den Kondensatsableitungen 6 und 7 ausgeschiedene Wasser wird einer Mengenerfassungseinrichtung 23 zugeführt. Die hier aufgefangene Wassermenge wird ständig mit der zulässigen Wassermenge verglichen, die im störungsfreien Fall bei der Trocknung maximal ausgeschieden werden darf. Diese Menge ist im wesentlichen abhängig von der pro Zeiteinheit getrockneten Gasmenge. Übersteigt die Wasserausfällung den der Mengenerfassungseinrichtung 23 und der Taupunktmeßeinrichtung 4 vorgegebenen Wert, so wird der Generatorschalter ausgelöst.

Die kleinere Menge des im Trocknungskühler 3 getrockneten und gekühlten Gases wird mit dem heißen, vom Ständerraum kommenden

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Gas gemischt. Durch die Vermischung der beiden Gase geht die relative Feuchte des vom Generator kommenden Gases anteilmäßig zurück. Dies ist anhand eines Beispieles leicht zu erkennen. Sei wie oben vorausgesetzt das zur Kühlung des Ständerraumes benutzte Gas Stickstoff, so weist das im Trocknungskühler 3 auf 5°C gekühlte Gas eine relative Feuchte von 100 # auf. Das vom Ständerraum kommende beispielsweise 80 C heiße Gas habe eine relative Feuchte von 10 $>. Bei einem Mischungsverhältnis beispielsweise von ca. 1 : 100 erwärmt sich das aus dem Trocknungskühler 3 kommende Gas auf etwa 70⁰C. Die relative Feuchte des in den Betriebskühler geleiteten Gases liegt jetzt bei etwa 8 <fi.

In manchen Fällen kann auch zur Trocknung die in Figur 2 gezeigte vereinfachte Variante der in Figur 1 dargestellten Trocknungseinrichtung benutzt werden. Die in Figur 2 gezeigte Trocknungseinrichtung 1 ist im wesentlichen aus einem Trocknungskühler 3, zwei Taupunktmeßeinrichtungen 4 und 5 aufgebaut In die Zuführung 10 des Trocknungskühlers 3 ist die Taupunktmeßeinrichtung 4 eingebaut. Der Trocknungskühler 3 ist zusätzlich mit einem Kühlblock 16 ausgerüstet. Er ist desweiteren an eine Kondensatsableitung 6 für Wasser angeschlossen. Die Kondensatsableitung 6 kann an eine Mengenerfassungseinrichtung 23 angeschlossen werden. Diese erfaßt die Menge des im Trocknungs kühler während der Kühlung des Gases durch Kondensation ausgeschiedenen Wassers. In die Ableitung 12 des Trocknungskühlers 3 ist ein Gebläse 11 sowie die zweite Taupunktmeßeinrichtung 5 eingebaut. Die Taupunktmeßeinrichtung 4 steht über eine Einschalt automatik 17 mit dem Kühlblock 16 in Verbindung. An die Ableitung des Trocknungskühlers 3 kann eine Fülleitung 20 für das Gas angeschlossen werden.

Die Wirkungsweise dieses Trocknungskühlers ist ähnlich wie die der in Figur 1 dargestellten Variante. Die Zu- und Abführung 12, 10 des Trocknungskühlers 3 kann beispielsweise an den

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läuferraum eines Generators 19 angeschlossen werden. Das zur
Kühlung des Läuferraumes benutzte Gas wird durch das Gebläse
11 in den Trocknungskühler 3 gesaugt. Dort wird das Gas auf
mindestens 5 C gekühlt. Bei dieser Kühlung kommt es zu einer
Kondensation des im Gas möglicherweise enthaltenen Wassers
und Öls, welches vom Gas aufgrund von Undichtigkeiten im
Läuferraum aufgenommen wurde. Auf diese Weise wird das Gas
in einem Arbeitsgang getrocknet und gekühlt. Das bei der Rückkühlung des Gases ausgefällte Wasser wird über die Kondensatsableitung 6 der Mengenerfassungseinrichtung 23 zugeführt.
Übersteigt die Wasserausfällung den dsr Mengenerfassungseinrichtung 23 vorgegebenen Wert, so wird der Generator und die
Erregung abgeschaltet.

Wird mit der Taupunktmeßeinrichtung 4 ein Taupunkt des aus dem läuferraum kommenden Gases ermittelt, der bei einer Temperatur liegt, die höher ist als 10⁰C, so wird über die Einschaltautomatik 17 der Kühlblock 16 zur Kühlung der in den Kühlschlangen des Trocknungskühlers 3 fließenden Kühlflüssigkeit eingeschaltet. Der Kühlblock 16 bleibt solange in Betrieb bis ein Taupunkt vor. 5⁰C erreicht ist. Die Abschaltung erfolgt genau wie die Zuschal tung über die Taupunktmeßeinrichtung 4. Das aus dem Trock-· nungskühler 3 austretende Gas hat eine Temperatur von 5°C und unter der Bedingung das es sich um Stickstoff handelt eine
relative Feuchte von 100 $. Da sich das Gas in der Ableitung 1: des Trocknungskühlers 3 infolge Verdichtung durch das Gebläse 11 bzw. durch Aufheizung beim Eintreten in den Läuferraum auf 16O°C erwärmt geht die relative Feuchte bei einer angenommenen Eintrittstemperatur in den Läuferraum von 40 C auf 6 % zurück. Dieser Wert beinhaltet eine ausreichende Sicherheit, um
Korrosion zu vermeiden. Zur Verhinderung von Korrosion muß die relative Feuchte im allgemeinen kleiner sein als 35 %.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zur Trocknung und Kühlung eines Arbeitsgases, dadurch gekennzeichnet, daß der Taupunkt des Gases im heißen Ausgangszustand gemessen wird, daß das heiße Gas mit einer vorgebbaren Menge eines kühleren Gases gemischt wird, daß das Gas weiter abgekühlt wird und dabei Wasser und öl aus dem Gas ausgeschieden wird, daß für den größten Teil des Gases nach einer weiteren Taupunktmessung die Kühlung und Trocknung beendet ist, während die verbleibende kleinere Gasmenge bis auf mindestens 5⁰C abgekühlt wird und dem Gas weiter Wasser und Öl entzogen wird und daß die kleinere Gasmenge mit dem' Gas im heißen Ausgangszustand vermischt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die größere Gasmenge während des Trocknungs- und Kühlprozesses auf 40 ⁰C gekühlt wird.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines Betriebskühlers (2) an eine Ableitung (12) und an die Zuführung (14) eines Trocknungskühlers(3) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang des Betriebskühlers (2) in Verbindung steht, daß der Trocknungskühler (3) zusätzlich mit einem Kühlblock (16) ausgerüstet ist, der mit einer, in die Zuführung (10) des BetriebskUhlers (2) eingebauten Taupunktmeßeinrichtung (4) verbunden ist, daß der Betriebskühler (2) und der Trocknungskühler (3) an je eine Kondensatsableitung für Wasser und öl (6, 7, 8, 9) angeschlossen sind.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Eintrittsöffnung des Betriebskühlers (2) ein Gebläse (11) installiert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daö zwischen der Austrittsöffnung des Trocknungskühlers (3) und dem Gebläse (11) eine Begrenzungsblende (15) installiert ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der KUhlblock (16) über eine Einschaltautomatik (17 mit der Taupunktmeßeinrichtung (4) in Verbindung steht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, 4, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Betriebskühler (2) und der Trocknungskühler (3) an eine Kondensatsableitung (6, 7) für Wasser angeschlossen sind, daß die Kondensatsableitungen (6, 7) für Wasser an je eine Kondensatsableitung (8, 9) für Öl angeschlossen sind, daß die beiden Kondensatsableitungen (6, 7) für Wasser mit einer Mengenerfassungeinrichtung (23) in Verbindung steheiji.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3, 4, 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ableitung (12) des Betriebskühlers (2) eine zweite Taupunktmeßexnrichtung (5) eingebaut ist.

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