DE2716663A1

DE2716663A1 - Vorrichtung zum abtrennen des gases, welches bei der foerderung von tiefsiedenden verfluessigten gasen verdampft

Info

Publication number: DE2716663A1
Application number: DE19772716663
Authority: DE
Inventors: Javier Dipl Ing Gutierrez
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-04-15
Filing date: 1977-04-15
Publication date: 1978-10-19
Also published as: DE2716663C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbätätigen kontinuierlichen Abtrennen des Gases, welches bei der Förderung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen infolge von Reibung und Wärmeeinfall verdampft.

Tiefsiedende Gase, wie Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Methan werden aus wirtschaftlichen Gründen in flüssigem Zustand gefördert und gespeichert. Im Verlaufe dieser Vorgänge nimmt der Wärmeinhalt der verflüssigten Gase aufgrund der unvermeidbaren Wärmezufuhr aus der Umgebung und infolge mechanischer Reibung ständig zu. Im Gleichgewichtszustand ruft jede Zunahme des Wärmeinhaltes die Verdampfung eines entsprechenden Teiles der Flüssigkeit hervor. Da bei vielen Vorgängen die Betriebsbedingungen aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen eine Erhöhung des Verfahrensdruckes nicht zulassen, können die durch Verdampfung entstandenen Gasmengen, insbesondere bei der Förderung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen, erhebliche Schwierigkeiten verursachen.

So verursacht die Flüssigkeitsverdampfung bei der Förderung von verflüssigten Gasen durch Rohrleitungen eine Zweiphasenströmung, die eine wesentliche Zunahme der Druckverluste und damit eine Minderung des Durchsatzes bewirkt. In den zur Förderung eingesetzten Kreisel - oder Kolbenpumpen führt die Dampfbildung zu einer wesentlichen Minderung der Förderleistung.

Es sind bereits Einrichtungen bekannt, die auf Schwimmer-Differentialtemperatur oder Differntialdruck - Basis arbeiten und aie mechanisch oder mit Hilfe fremder Energie Vorrichtungen betätigen, deren Aufgabe das Ablassen der durch Verdampfung der Flüssigkeit entstandenen Gase bei Einhaltung eines bestimmten Flüssigkeitsniveaus ist.

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Blatt 5 zum Schreiben vom /ΐ(χ 4ü(>0 MESSER GRIESHEIM GMSH

Wesentliche Nachteile dieser z.B. aus den US-PS 3 8 58 404 und 3 097 498 bekannten Einrichtungen nach diesen Funktionsprinzipien sind die erheblichen Dimensionen, der Aufwand an Regelvorichtungen und die damit verbundene Störanfälligkeit. Aus diesen Gründen werden die bisher bekannten Gas-Flüssigkeitstrenneinrichtungen in der Praxis nur selten verwendet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die auf einfache Weise selbstätig und kontinuierlich die durch Flüssigkeitsverdampfung entstandenen Gasmengen aus einem unter.. Druck geförderten tief siedenden verflüssigten Gas abtrennt.

Bei einer Vorrichtung zum Abtrennen des Gases, welches bei der Förderung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen infolge von Reibung und Wärmeeinfall verdampft, bestehend aus einem an das Fördersystem angeschlossenen Gefäß, das mit einer Abzugsleiturig für das verdampfte Gas versehen ist, wird gemäß d«?r Erfindung durch die Vereinigung folgender Merkmale erreicht:

a) das Gefäß ist durch einen mit einer Bohrung versehenen Zwischenboden in eine untere Kammer und in eine obere Kammer aufgeteilt,

b) die untere Kammer besitzt einen Anschlußstutzen an das Fördersystem,

c) die obere Kammer besitzt eine Austrittsöffnung für das verdampfte Gas,

d) in der unteren Kammer ist ein poröser Hohlkörper angeordnet, dessen Hohlraum mit der Bohrung im Zwischenboden in Verbindung steht und der mit der Gefäßwand der unteren Kammer einen Zwischenraum bildet,

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Blatt ° zum Schreiben vom Λ*6» ^CÜU

e) den Abschluß der oberen Kammer bildet ein Deckel, der mit einer zylindrischen Kolbenführung versehen ist,

f) die zylindrische Kolbenführung ist durch eine Leitung mit dem oberen Teil des Zwischenraumes der unteren Kammer verbunden,

g) zwischen dem Deckel und dem Zwischenboden ist ein poröser Hohlkörper angeordnet, der mit der Gefäßwand der oberen Kammer einen Zwischenraum bildet und dessen Hohlraum einerseits mit der Bohrung im Zwischenboden in Verbindung steht und andererseits als Fortsetzung der zylindrischen Kolbenführung im Deckel ausgebildet ist,

h) in der Kolbenführung im Deckel und im porösen Hohlkörper befindet sich ein Doppelkolben, dessen Kolbenfläche in der zylindrischen Kolbenführung im Deckel kleiner ist als in der zylindrischen Kolbenführung im porösen Hohlkörper.

Die Erfindung basiert folglich im wesentlichen darauf, daß der Gasdurchsatz durch poröse Wände, an deren Seiten unterschiedliche Drücke herrschen, von der Größe der durchströmten Fläche und der dynamischen Zähigkeit des Mediums abhängig ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der poröse Hohlkörper (Merkmal d))becherförmig ausgebildet und mit seiner öffnung auf dem Zwischenboden befestigt.

Vorteilhaft besteht der poröse Hohlkörper zwischen dem Deckel und dem Zwischenboden aus einer Kombination abwechselnd aufeinanderliegender metallischer und poröser Scheiben.

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Die metallischen Scheiben können hierbei auf einfache Weise die Kolbenführung übernehmen. Dieser poröse Hohlkörper kann jedoch beispielsweise auch als massiver zylindrischer Hohlkörper ausgeführt werden. Falls gewünscht kann umgekehrt auch der poröse Hohlkörper in der unteren Kammer aus metallischen und porösen Scheiben zusammengesetzt werden. Die Porösität kann auch durch feine Bohrungen erreicht werden.

Bei einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich des Merkmales b) steht der Hohlraum des porösen Hohlkörpers mit dem Anschlußstutzen an das Fördersystem in Verbindung, weist ferner eine Verbindungsleitung zwischen dem oberen Teil des Hohlraums und der zylindrischen Kolbenführung im Deckel der oberen Kammer auf und bildet mit der Gefäßwand der unteren Kammer einen Zwischenraum. Auch bei dieser Ausführungsform ist der poröse Hohlkörper vorteilhafterweise becherförmig ausgebildet und mit seiner öffnung auf dem mit dem Anschlußstutzen an das Fördersystem versehenen Boden der unteren Kammer befestigt.

Es ist ferner bei allen Ausführungsformen möglich, die untere und die obere Kammer als separate Behälter auszuführen.

Fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen anhand der beigefügten Bezeichnungen erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform, bei der sich beide Kammern in einem Gefäß befinden und der poröse Hohlkörper in der unteren Kammer auf dem Zwischenboden befestigt ist,

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Blatt ° zum Schreiben vom rl Ls /! L·· O U

Fig.2 die gleiche Ausführungsform wie Fig.1,

jedoch mit räumlich getrennter oberer und unterer Kammer,

Fig.3 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform mit anderer Ausbildung des porösen Hohlkörpers der unteren Kammer,

Fig.4 die Ausführungsform gemäß Fig.3, bei der jedoch der Hohlraum des porösen Hohlkörpers mit dem Anschlußstutzen an das Fördersystem in Verbindung steht,

Fig.5 eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig.4.

Die in Fig.1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Gefäß 1, daß durch einen mit einer Bohrung 3 versehenen Zwischenboden 2 in eine untere Kammer 4 und eine obere Kammer 5 geteilt wird. Die untere Kammer 4 besitzt einen Anschlußstutzen 6 an das Fördersystem, während die obere Kammer 5 eine Austrittsöffnung 7 für das verdampfte Gas aufweist. In der unteren Kammer 4 befindet sich ein poröser Hohlkörper 8, der becherförmig ausgebildet ist und auf den Zwischenboden 2 so aufgeschraubt ist, daß der Hohlraum 9 mit der Bohrung 3 des Zwischenbodens 2 in Verbindung steht. Der poröse Hohlkörper 8 bildet außerdem mit der Gefäßwand der unteren Kammer 4 einen Zwischenraum 10.

Den Abschluß der oberen Kammer 5 bildet ein Deckel 11, der mit einer zylindrischen Kolbenführung 12 versehen ist.

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Blatt ' zum Schreiben vom MESSER GniESHEIM GMBH

Die zylindrische Kolbenführung 12 ist durch eine Leitung 13 mit dem oberen Teil des Zwischenraumes 10 zwischen dem porösen Hohlkörper 8 und der Gefäßwand der unteren Kammer 4 verbunden. Zwischen dem Deckel 11 und dem Zwischenboden 2 ist ein poröser Hohlkörper 14 angeordnet, der aus abwechselnd aufeinanderliegenden porösen 15 und metallischen Scheiben 16 besteht. Der poröse Hohlkörper 14 bildet mit der Gefäßwand der oberen Kammer 5 einen Zwischenraum 17, v/elcher mit der Austrittsöffnung 7 in Verbindung steht. Der Hohlraum 18 des porösen Hohlkörpers 14 ist einerseits mit der Bohrung 3 des Zwischenbodens 2 verbunden und andererseits als Fortsetzung der zylindrischen Kolbenführung 12 im Deckel 11 ausgebildet. In der zylindrischen Kolbenführung 12 im Deckel 11 und im porösen Hohlkörper 14 befindet sich ein Doppelkolben 19, dessen Kolbenfläche in der zylindrischen Kolbenführung 12 im Deckel 11 kleiner ist als in der zylindrischen Kolbenführung im porösen Hohlkörper 14. Der Hub des Doppel-kolbens 19 wird durch das Ende der zylindrischen Kolbenführung 12 und durch eine in der Bohrung 3 des Zwischenbodens 2 eingesetzte Scheibe 20 begrenzt. Die eigentliche Kolbenführung im porösen Hohlkörper 14 übernehmen die metallischen Scheiben 16.

Zur Inbetriebnahme wird die Vorrichtung an das Fördersystem, in der Regel an die höchste Stelle.in vertikaler Anordnung mit dem Anschlußstutzen 6 angeschlossen. Die während der Förderung des unter Druck stehenden verflüssigten Gases durch Verdampfung entstandenen Gasmengen gelangen aufgrund ihres geringeren spezifischen Gewichtes in das Gefäß 1. Das Gas sammelt sich im Zwischenraum 10 und strömt in den Hohlraum 9 des porösen Hohlkörpers 8. Von hier strömt es durch die Bohrung 3, die Scheibe 20, die porösen Scheiben 15, den Zwischenraum 17 und die Austrittsöffnung 7 nach außen. Die Strömung wird bewirkt durch den Druckunterschied zwischen dem Druck im Fördersystem und dem atmosphärischen Druck.

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Blatt zum Schreiben vom Ai (j\ ^i Ij OU

Der Gasdurchsatz durch eine poröse Wand ist von ihrer spezifischen Durchströmbarkeit, von der Größe der durchströmten Fläche, dem Druckunterschied und von der dynamischen Zähigkeit des strömenden Mediums abhängig. Diese Abhängigkeit stellt einen definierbaren Zusammenhang zwischen Druck im Gefäß, Druck im Hohlraum und Gasdurchsatz dar, der zur selbsttätigen und kontinuierlichen Abtrennung der verdampften Gasmengen entsprechend der Gleichung von Darcy ausgenutzt wird:

^T F. cC

Darin ist: &p- = Druckverlust

V = Durchflußmenge

S = Wanddicke ·

F = Wandfläche

1 = Dynamische Zähigkeit des Mediums

<£ = Durchströmbarkeitskoeffizient

Da die Kolbenfläche A des oberen Kolbens kleiner ist als die Kolbenfläche A des unteren Kolbens im porösen Hohlkörper 14, ist der Druck P₁ in den Hohlräumen 9 und 18 der porösen Hohlkörper 8 und 14 kleiner als der Flüssigkeitsdruck P , da zu jeder Zeit die Beziehung

A . P. = A . P
u 1 ο ο

gelten muß.

Unter dem Flüssigkeitsdruck P strömt die Gasmenge Q durch den porösen Hohlkörper 8 in den Hohlraum 9 hinein. Die Gasmenge Q , die im Gleichgewichtszustand durch den porösen Hohlkörper 8 strömt, muß gleich der Gasmenge Q sein, die durch den porösen Hohlkörper 14 ins Freie strömt. Durch geeignete Auswahl der Druckstrombarkeiten der porösen Hohlkörper 8 und 14 kann für jeden Flüssigkeitsdruck P ein maximaler Gasdurchsatz, bei dem der Doppelkolben 19 seine obere Stellung hält, erreicht werden. Wenn der Gasdurchsatz durch die Vorrichtung größer ist als die durch Verdampfung entstehende Gasmenge, steigt flüssiges Gas durch den Anschlußstutzen 6 in die untere Kammer 4 und kommt in Berührung mit dem porösen Hohlkörper 8. Am porösen Hohlkörper 8 wird zunächst ein kapillarer Flüssigkeitsanstieg hervorgerufen.

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B.a« 11 zum Schreiben vom M^WdQ ^M MESSER GRIESHEIM GMBH

Da die Flüssigkeit eine vielfach höhere dynamische Zähigkeit als das verdampfte Gas hat, wirkt der Flüssigkeitsanstieg als Sperre für das bisher über die gesamte Fläche des porösen Hohl körpers 8 geströmte Gas.

Da sich dabei der im Gefäß herrschende Flüssigkeitsdruck P nicht ändert, bewirkt die Abnahme des Gasdurchsatzes durch den porösen Hohlkörper 8 eine Senkung des Druckes P₁ im Hohlraum 9. Wegen der Änderung des Druckes P₁ bewegt sich der Doppelkolben 19 in Richtung eines neuen Gleichgewichtes, d.h. nach unten und sperrt dadurch die freie Fläche des porösen Körpers 14 soweit, bis der ursprüngliche Druck P. wieder hergestellt ist. Es stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand für das durch die porösen Hohlkörper 8 und 14 strömende Gas ein, wobei die nun strömende Gasmenge zwar kleiner ist als die maximal mögliche, jedoch ge nau der durch Verdampfung entstehenden Gasmenge entspricht.

Wenn sich die Verdampfungsrate wieder vergrößert, tritt der um gekehrte Effekt ein. Das flüssige Gas verschwindet aus dem Zwischenraum 10 durch den Anschlußstutzen 6 und es wird wieder die maximal mögliche Durchströmfläche für den porösen Hohlkörper 9 frei. Hierdurch steigt zunächst der Druck P₁ etwas an und der Doppelkolben 19 bewegt sich solange nach oben, bis sich wieder ein Gleichgewichtszustand ausgebildet hat.

Auf diese Weise stellt sich eine Abhängigkeit zwischen der Verdampfungsrate und den ins freie entlasteten Gasmengen ein. Je höher die Flüssigkeit in der unteren Kammer 4 steht, desto kleiner werden die entlasteten Gasmengen und umgekehrt.

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Blatt'·' zum Schreiben vom M Gi 1C(iO

MESSER GRlESHElM GMBH

Von der in Fig.1 dargestellten Vorrichtung sind vielfache Abwandlungenmöglich, von denen einige in den Fig.2 bis 5 dargestellt sind.

Die in Fig.2 dargestellte Vorrichtung entspricht weitgehend der von Fig.1, jedoch sind die untere Kammer 4 und die obere Kammer 5 räumlich voneinander getrennt. Die obere Kammer 5 ist deshalb mit einem zusätzlichen Boden 21 versehen worden, der eine Bohrung 22 besitzt. Der Zwischenboden 2 dient als Deckel für die untere Kammer 4. Die Bohrung 3 des Zwischenbodens 2 wird hierbei durch eine Verbindungsleitung 23 mit der Bohrung 22 des Bodens 21 verbunden. Die Leitung 13 muß entsprechend der räumlichen Entfernung der beiden Kammern verlängert werden.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere mögliche Ausführungsform, die sich von den Vorrichtungen nach Fig.1 und Fig.2 durch eine andere Gestaltung des porösen Hohlkörpers 8 unterscheidet. Der poröse Hohlkörper 8 ist hierbei nicht becherförmig ausgebildet und auf dem Zwischenboden 2 direkt befestigt, sondern er stellt einen allseits geschlossenen Hohlkörper dar, der lediglich oben eine öffnung aufweist, die durch ein Rohr 24 mit der Bohrung 3 im Zwischenboden 2 verbunden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß auch der poröse Hohlkörper 14 in ähnlicher Weise ausgebildet werden kann, also nicht direkt mit dem Zwischenboden 2 in Verbindung stehen muß. Es ist auch keineswegs erforderlich, daß der poröse Hohlkörper 14 aus abwechselnd aufeinander-liegenden porösen und metallischen Scheiben aufgebaut ist.

Fig.4 zeigt eine Ausführungsform, die der von Fig.3 ähnlich ist, jedoch mit einer anderen Schaltung des porösen Hohlkörpers 8. Die obere öffnung des porösen Hohlkörpers 8 wird hierbei nicht mit der Bohrung 3 im Zwischenboden 2 verbunden, sondern an eine Verlängerung der Leitung 13 angeschlossen, die durch den Zwischenraum 10 geführt wird, der durch den porösen Hohlkörper 8 und die Wand der unteren Kammer 4 gebildet wird.

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Blatt 13 zum Schreiben vom A70>

MESSER GRlESHEIM GMBH

In diesem Fall besitzt der poröse Hohlkörper 8 auch eine untere öffnung, die durch ein Rohr 25 mit dem Anschlußstutzen 26 verbunden ist.

Die in Fig.5 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig.4 durch eine andere Form des porösen Hohlkörpers 8. Der poröse Hohlkörper 8 ist hier, ähnlich wie in den Fig. 1 und 2, becherförmig ausgebildet. Die Becheröffnung befindet sich jedoch in diesem Fall unten und der poröse Hohl körper 8 ist mit dieser öffnung direkt auf dem Boden der unteren Kammer 4 befestigt.

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L e e r s e i t e

Claims

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MESSER GRIESHEIM GMBH MG 1060

Kennwort: Phasenseparator EM 7 58

Erfinder: J. Gutierrez Ordner: E

Ba/Hi Ffm, 10.03.1977

Bezeichnung: Vorrichtung zum Abtrennen des Gases, welches

bei der Förderung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen verdampft.

Ansprüche

Vorrichtung zum Abtrennen des Gases, welches bei der Förderung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen infolge von Reibung und Wärmeeinfall verdampft, bestehend aus einem an das Fördersystem angeschlossenen Gefäß, das mit einer Abzugsleitung für das verdampfte Gas verseben ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale :

a) das Gefäß (1) ist durch einen mit einer Bohrung (3) versehenen Zwischenboden (2) in eine untere Kammer (4) und in eine obere Kammer (5) aufgeteilt,

b) die untere Kammer (4) besitzt einen Anschlußstutzen (6) an das Fördersystem,

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Blatt Z zum Schreiben vom A'(ι /ίί,ί C

c) die obere Kammer (5) besitzt eine Austrittsöffnung (7) für das verdampfte Gas,

d) in der unteren Kammer (4) ist ein poröser Hohlkörper (8) angeordnet, dessen Hohlraum (9) mit der Bohrung (3) im Zwischenboden (2) in Verbindung steht und der mit der Gefäßwand der unteren Kammer (4) einen Zwischenraum (10) bildet,

e) den Abschluß der oberen Kammer (5) bildet ein Deckel (11), der mit einer zylindrischen Kolbenführung (12) versehen ist,

f) die zylindrische Kolbenführung (12) ist durch eine Leitung

(13) mit dem oberen Teil des Zwischenraumes (10) der unteren Kammer (4) verbunden,

g) zwischen dem Deckel (11) und dem Zwischenboden (2) ist ein poröser Hohlkörper (14) angeordnet, der mit der Gefäßwand der oberen Kammer (5) einen Zwischenraum (17) bildet und dessen Hohlraum (18) einerseits mit der Bohrung (3) im Zwischenboden (2) in Verbindung steht und andererseits als Fortsetzung der zylindrischen Kolbenführung (12) im Deckel (11) ausgebildet ist,

h) in der Kolbenführung im Deckel (11) und im porösen Hohlkörper (14) befindet sich ein Doppelkolben (19), dessen Kolbenfläche in der zylindrischen Kolbenführung (12) im Deckel (11) kleiner ist als in der zylindrischen Kolbonausführung i::. porösen Hohlkörper (14).

Blatt 3 zu"¹ Schreiben vom /Ί C\ Λ C L C

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Hohlkörper (8) (Merkmal d)) becherförmig ausgebildet ist und mit seiner öffnung auf dem Zwischenboden (2) befestigt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Hohlkörper (14) zwischen dem Deckel (11) und dem Zwischenboden (2) aus einer Kombination abwechselnd aufeinanderliegender metallischer (16) und poröser (15) Scheiben besteht, wobei die metallischen Scheiben (16) die Kolbenführung darstellen.
4. Abwandlung (Fig.4 u. 5) der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 bezüglich des Merkmals d), gekennzeichnet durch einen porösen Hohlkörper (8), dessen Hohlraum (9) mit dem Anschlußstutzen (6) an das Fördersystem in Verbindung steht, der ferner eine Verbindungsleitung (13) zwischen dem oberen Teil des Hohlraumes (9) und der zylindrischen Kolbenführung (12) im Deckel (11) der oberen Kammer (5) aufweist und der mit der Gefäßwand der unteren Kammer (4) einen Zwischenraum (10) bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Hohlkörper (8) becherförmig ausgebildet ist und mit seiner öffnung auf dem mit dem Anschlußstutzen (6) an das Fördersystem versehenen Boden der unteren Kammer (4) befestigt ist.
6. Abwandlung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bezüglich des Merkmals a),

dadurch gekennzeichnet, daß die untere (4) und die obere (5) Kammer als separate Behälter ausgeführt sind.

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