DE2829908A1 - Verfahren und vorrichtung zur lagerung von medien, wie stoffen u.a. - Google Patents

Description

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Titel: Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung von Medien, wie Stoffen u. a.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lagerung von Medien, wie Stoffen u. a., deren Stockpunkt oberhalb der Umgebungstemperatur liegt.

Betreibt man ein Lager dieser Art nach der gängigen Praxis, so schickt man das zu lagernde Medium bzw. den zu lagernden Stoff in ein geeignetes Behältnis; je nach den Umständen wird er dort auf einer geeigneten Temperatur gehalten, die seine Entnahme zur weiteren Verwendung erlaubt, oder aber man läßt den Stoff sich abkühlen und starr werden, um ihn zum Zeitpunkt seiner gewünschten Verwendung wieder auf eine Temperatur zu erwärmen, die seine Weiterförderung ermöglicht.

Diese beiden Formen der gängigen Praxis sind'kostspielig, wenn es sich um große Stoffmengen handelt, wie z. B. die-

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jenigen, die Gegenstand unterirdischer Lagerungen sind. Um zu vermeiden, zu große Massen an Medien bzw. Stoffen auf einer bestimmten Temperatur halten oder diese aufwärmen zu müssen, sieht man sich veranlaßt, das Lager in einzelne Teileinheiten aufzuteilen, von denen die einen die einen über relativ lange Zeiträume in starrem Zustand bei Umgebungstemperatur gehalten, wohingegen die anderen vorrangig aufgeheizt oder auf geeigneter Temperatur gehalten werden, die den Weitertransport der Medien ermöglicht. Diese Lösung ist nicht voll zufriedenstellend, da jede Aufteilung eines Lagers eine Erhöhung der Komplikation, der thermischen Verluste und der erforderlichen Investitionen nach sich zieht, dergestalt, daß man nur mit einer relativ geringen Anzahl von Teileinheiten arbeiten kann, die ihrerseits oft noch zu große Dimensionen, aufweisen, um eine homogene Temperaturgestaltung zu erhalten.

Weist das Produkt in Temperatur und folglich Viskosität eine Heterogenität auf, so können die zähflüssigen Anteile die Funktion der Umwälzpumpen beeinträchtigen. Es ist also erforderlich, eine Trennung zwischen den ausreichend leichtflüssigen Anteilen, und denjenigen, die es nicht sind, vorzunehmen. Im FR-PS 7325 301 wird ein Verfahren zum progressiven Flüssigmachen von schweren, unterirdisch gelagerten Medien beschrieben. Bei diesem bekannten Verfahren leitet man ein Aufheizmedium, vorzugsweise Wasser, über die Oberfläche des erstarrten eigentlichen, zu lagernden Mediums, z. B. Produks od. a..

Aufgrund der unterschiedlichen Dichte steigt das verflüssigte Produkt an die Oberfläche des Wassers; es bildet dort einen Film und wird derart vom erstarrten Produkt getrennt. Das Trennungs-Kriterium ist eben eine ausreichene Fließfähigkeit, die es dem aufgewärmten Medium erlaubt, sich unter Einwirkung des Archimed'sen Schubs von

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der kalten Masse zu trennen. Es genügt anschliei3end, das verflüssigte Medium mittels einer Absetzvorrichtung vom Wasser zu trennen.

Das Verfahren liefert eine elegante Lösung des Problems der Erlangung eines Produkts ausreichender Fließfähigkeit zur weiteren Aufnahme durch die Pumpen, doch weist diese Lösung noch einige Nachteile auf.

Einerseits darf das gelagerte Medium bzw. Produkt nicht mit Wasser mischbar sein, es darf mit ihm keine Reaktion eingehen, muß im Verhältnis zu Wasser einen genügend hoheu Dichteunterschied aufweisen und eine geeignete Dünnflüs-, sigkeit unter 100° C haben. Die Verwendung einer anderen Hilfsflüssigkeit als Wasser (Salzlösung) würde die Gestehungskosten beträchtlich steigern. Bei dem bekannten Verfahren wird auch vorgeschlagen, das gelagerte Produkt selbst nach Erwärmung zu verwenden, doch wird in diesem Fall das Problem der Viskositäts-Heterogenität nicht gelöst.

Andererseits können die Absetzanlagen aufgrund ihrer Abmessungen nicht im Entnahmeschacht selbst untergebracht werden. Man muß also über technische Garantien verfügen, von denen ausgehend diese Anlagen gewartet werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Lagerung von Medien dahingehend weiterzubilden, das es erlaubt, diese Nachteile zu umgehen, d. h. ein Verfahren, das die Verwendung eines Hilfsmediums zur Beförderung des gelagerten Mediums, d. h. des Produkts, mit entsprechender Viskosität zu den Pumpen nicht benötigt, wobei die Anlage dauernd ohne eigentliche menschliche Intervention arbeiten kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe verfahrenstechnisch dadurch gelöst, daß man im Lager bzw. gelagerten Stoff

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' Unständig eine gewisse Temperaturdifferenz aufrecht erhält; derart, daß nur ein Teil dieses Lagers bzw. Stoffes eine ausreichend schwache Viskosität aufweist, damit seine Rückförderung möglich wird, und man diesen Anteil vom Rest des Stoffes dadurch trennt, indem man die Beziehung zwischen der Viskosität des Mediums und dessen Strömungsgeschwindigkeit an der Trennebene zwischen den Stoffen ausnutzt, um diesen Anteil des Stoffes vom Rest zu trennen.

Bei einer Lagerung mit einem mehreren Galerien gemeinsamen Entnahmeschacht ist es möglich, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Nutzung des in einer oder mehreren dieser Galerien befindlichen Lagers zu verwenden, wobei das Lager der anderen Galerien vom Kreislauf ausgeschlossen bleibt. z. B. in vollkommen erstarrtem Zustand.

Die klassische Theorie der Medienmechanik nennt für Strömungen durch eine zylindrische Öffnung:

_{v =} o,O97

q = 0,076

wobei diese Gleichungen gelten, wenn

_Re = o,O97 <5

Hierbei bedeuten

ν = Strömungsgeschwindigkeit

q = Durchsatz durch eine zylindrische Öffnung

Re = Reynolds'sehe Zahl

d = Öffnungsdurchmesser

g = Schwerkraftbeschleunigung

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hm = Treiblast auf die betreffende Öffnung ν - Viskosität des Produkts

Wenn ζ } H- h erhält man hm = h + J β (T₁ - T) dz wobei gilt:

ζ = Höhe einer Blende bezogen auf den Boden des Lagers bzw. Speichers

H = Höhe des Produkts im Speicher h = Niveauunterschied im Speicher und der Innenseite

der Einbauten
ß = Modul der thermischen Mengenausdehnung des gespei-.

cherten Mediums·

T = Temperatur (°(J ) an der betrachteten Blenden-Öffmug T^ = mittlere Temperatur im Innern der Einbauten

Selbstverständlich muß sich die Separatoreneinrichtung i*H Verlauf zwischen Produktlagerung und Pumpe, und zwar genügend nahe bei dieser, befinden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart besteht sie aus einem Rohr, das von Löchefn durchbohrt und im Entnahmeschacht selbst angeordnet ist, derart, daß es ohne eigentliche manuelle Intervention au die Oberfläche gebracht werden kann.

Bei den Bohrungen kann es sich um kreisrunde Löcher handeln, und in diesem Fall zeigt die Berechnung, daß es zur Erlangung eines Gesamtdurchsatzes von 560 nr/h einer Flüssigkeit mit einer Viskosität von 200 cS erforderlich ist, 100.000 Löcher von 0,8 mm Durchmesser pro Meter Höhe der Vorrichtung vorzusehen, was technologisch schwierig ist, wenn man sich daran erinnert, daß in einem Schacht die Lagerungshöhe von 10 bis 20 m variieren kann. Man brauchte also ein Rohr dieser Höhe, eines Durchmessers von z. B. 0,8 m, durchbohrt mit 100.000 Löchern Durchmesser 0,8 mm pro Meter. Allerdings kann man das derart durchlöcherte

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Rohr durch ein oder mehrere Gitter ersetzen, deren Öffnungsweiten einen äquivalenten Querschnitt besitzen.

Eine andere Lösung bestünde darin, Poiseuille¹sehe Strömungs-Röhren mit einem möglichst großen Verhältnis Länge/ Durchmesser zu verwenden. Bündel dieser Röhren wurden senkrecht auf die dafür vorgesehenen Öffnungen der vertikalen Verrohrung aufgesetzt. Die Anzahl dieser Röhren pro Meter wäre so, daß der verlangte Durchsatz gewährleistet würde mit einem Lastverlust, der die gewünschte Segregation erlaubt.

In einer bevorzugten Durchführungsart besteht die Sepa- . rationsvorrichtung aus aufeinander gesetzten ringförmigen Durchsätzen.

Eine der möglichen Lösungen wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der Abbildungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Separationsvorrichtung,

Fig. 2 Schema zur Funktionserläuterung der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ÜberSichtsschema der Lagerungsanlage und

Fig. 4 eine detaillierte Darstellung der Lagerungsanlage.

Die in Fig. 1 beschriebene Vorrichtung umfaßt:

eine an ihrem Förderrohr 2 aufgehängte Tauchpumpe 1 mit an ihrer Basis angebrachtem Motor-Schutzgehäuse 3·

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Diese Pumpe ist in einem dichten Gehäuse 4 eingeschlossen, das in 5 dicht am Schutzgehäuse 3 befestigt ist;

die Lastverlust-Separationsvorrichtung 6 mit einer Hone, z. B. von 16 m, "bestehend aus 46 ringförmigen Elementen 7 einer Länge von 23 cm und einer Breite von 80 cm. Diese Elemente sind einzeln hälftig um das Förderrohr der Pumpe angeordnet;

- den Tiefenschutz 8 mit einer Höhe von z. B. 1 m, der die Funktionsfähigkeit von mindestens 4 Elementen gewährleistet. Dieser Schutz, sowie die ringförmige Vorrichtung, sind in 9 dicht am Gehäuse 5 der Pumpe befestigt.

Im Falle einer unterirdischen Lagerung wird diese Einheit lotrecht im Schachtsumpf installiert, derart, daß die Gehäuse 3 und 4 sich vollständig im Sumpf befinden. Der Schutz 8 ist nur zum Teil eingesenkt, da sich sein oberer Rand 10 leicht oberhalb des Maximalabstandes des SumpfwaS-sers befindet.

Die Lastverlust-Separationsvorrichtung ist in größerem Maßstab in Fig. 2 dargestellt. Sie besteht aus einer Reihe ringförmiger, konisch-zylindrischer Elemente 7, von denen eins auf dem Bild ganz, die beiden benachbarten teilweise dargestellt sind. Jedes Element 7 umfaßt zwei zylindrische Teile 11, 12 unterschiedlicher Durchmesser, die durch einen konischen Teil 13 miteinander verbunden sind. Die einander folgenden Teile sind ineinander gesteckt, wobei der breitere, zylindrische Teil 11 eines Elements sich um den schmäleren zylindrischen Teil 12 des sich unter ihm befindlichen Elements legt. Zwischen zwei aufeinander folgenden Elementen ist dieserart ein ringförmiger Raum der Länge 1 und der Breite e abgegrenzt.

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Nachdem einerseits 1 und e, sowie der Innendurchmesser des Teils 11 und andererseits die Viskosität (oder Temperatur) des Mediums bzw. Produkts am Eintritt des ringförmigen Raums, sowie die Höhenstandsdifferenz zwischen Außen- und Innenseite des Separators bekannt sind, ist es leicht, den Durchsatz eines jeden Ringraums und damit den gesamten Durchsatz des Separators und die mittlere Viskosität (oder Temperatur) des die Separationsvorrichtung durchdringenden Flusses herzuleiten.

In einem praktischen Fall, bei dem die Viskosität des Produktsgemäß folgender Tabelle an die Temperatur gebunden war:

Temperatur (° C) 20 40 60 80 Viskosität (cS) 22.000 2640 550 165

und bei dem der Durchsatz der Pumpe 680 m /h betrug, belief sich die maximal zulässige Viskosität auf 440 cS.

Es gelangte eine Vorrichtung zum Einsatz, bei der die Außen- und Innendurchmesser der Ringräume 800 bzw. 780 v::ü betrugen, d. h., ein Wert von e = 10 mm; die Länge 1 war 230 mm und die Entfernung L zwischen zwei aufeinander folgenden Ringräumen betrug 345 mm.

Es wurde auch festgestellt, daß es zur Erlangung des für die Pumpe vorgesehenen Durchsatzes erforderlich ist, daß mindestens vier Ringräume abgabefähig sind. Aus diesem Grund ist zur Basis des Separators hin ein Schutz 8 vorgesehen, der aus einem zylindrischen Schußblech besteht und die Basis des Separators auf einer vier Ringräumen entsprechenden Höhe, also etwas über einen Meter, umhüllt. Die Pumpe wird also abgeschaltet, wenn das Höhenstandsniveau unterhalb des Schutzes liegt.

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Im Betrieb entsteht im Produkt um den Separator herum ein Bereich schwacher Viskosität, und die Oberflächen gleicher Viskosität nehmen eine konische Form mit der Spitze nach unten an, dergestalt, daß die Viskosität des zur Pumpe gelangenden Produkts praktisch von dessen Höhenstand unabhängig ist. Nimmt man z. B. die beiden folgenden theoretischen Bedingungen, die von der Wirklichkeit nur wenig entfernt sind, an:

- Höhenstand des Produkts: 15,2 m, Temperatur: 80° C auf einer Höhe von 3 m von oben herab, dann regelmäßig abnehmend bis 20° C an der Basis, und

- Höhenstand des Produkts: 5,2 m, Temperatur 80° C auf · einer Höhe von 1 m von oben herab, dann regelmäßig abnehmend bis 21,4° C an der Basis,

so findet man im ersten Fall eine mittlere Temperatur des den Separator durchdringenden Mediums von 71,7° C, wohingegen sie im zweiten Fall 72,1° C beträgt.

Die aufeinander folgenden Elemente 7 des Separators steven über zwei Halb-Elemente in einer axial-vertikalen Ebene miteinander in Verbindung. Jedes Halb-Element besteht aus einer konisch-zylindrischen Halbschale gemäß den Teilen 11, 12 und 13, einem Halb-Ringflansch mit einem Durchmesser ziemlich gleich demjenigen der Förderleitung 2 der Pumpe sowie den Stegen, die diese Halb-Ringflanschen mit dem Teil 12 kleineren Durchmessers verbinden. Schnellverschlußmittel verspannen die beiden Halb-Elemente untereinander sowie um die Förderleitung 2 herum, die ihnen als Stütze dient.

Der Durchmesser des Separators mit Schutz 8 ist so gewählt, daß es möglich ist, das Ganze an die Oberfläche zu holen, indem es mit der Pumpe längs des·Schachts oder einer in diesem angeordneten Verrohrung hochgehievt wird, ohne auf den Grund absteigen zu müssen.

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Wenn die Vorrichtung bei einem Oberflächen-Lager verwendet wird, kann die Pumpe 1 unter dem Behälterboden angeordnet werden, wobei der Behälterhöhenstand entweder der Basis oder der Spitze des Schutzes 8 entspricht.

Wenn die Förderleitung 2 nicht in den Behälter geht, wird sie zum Halten der Separator-Elemente durch eine geeignete Stütze ersetzt.

Fig. 3 zeigt das vereinfachte Schema einer unterirdischen Lagerung gemäß der Erfindung. Pumpe 1 und Separator 6 sind am Grund eines Schachts 14 installiert, der mit einer Lagergalerie 15, die das gelagerte Produkt enthält, in Verbindung steht. Symbolisch sind das erstarrte Produkt 17, schräg schraffiert, und das flüssig gemachte Produkt 18 durch die gestrichelte Linie 16 voneinander getrennt. Natürlich erfolgt die Trennung 16 rein willkürlich; sie entspricht einer isothermen Oberfläche, die über die ganze Galerie 15 ziemlich horizontal verläuft und nahe des Separators 6 abfällt, wie oben schon gesagt.

An der Oberfläche endet die Förderleitung 2 bei einem Verteiler 19, der auch das von den Produktionsanlagen kommende Produkt über eine Leitung 20 erhält. Der Verteiler 19 schickt einen Teil des hochgepumpten Produkts in eine mit den Nutzungsanlagen verbundene Leitung 21, den Rest in eine mit einem Vorwärmer 23 verbundene Leitung 22, wobei der Vorwärmer z. B. aus einem dampfbeaufschlagten Wärmetauscher bestehen kann. Das aus dem Vorwärmer 23 austretende Produkt wird über eine Sonde 24 wieder in die Lagergalerie 15 geschickt, und zwar an deren dem Schacht gegenüber liegenden Ende.

Die Pumpe 1 arbeitet mit ziemlich konstantem Durchsatz.

Wenn die Produktions- und Nutzungsanlagen still stehen, wird das gesamte Produkt ständig umgepumpt und rezirkuliert,

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und der Vorwärmer verleiht ihm die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Verluste auszugleichen und um den Anteil flüssig gemachten Produkts auf einem geeigneten Wert zu halten.

Wird Produkt zum Lager geschickt, so reduziert man die durch den Vorwärmer 23 beförderte Wärmemenge, um die Erstarrung swärme des derart überschüssig zugeförderten Produkts zu berücksichtigen. Wird dagegen rückgefördert, so erhöht man die durch den Vorwärmer 23 geschickte Wärmemenge im Maße der Menge des zu verflüssigenden Produkts.

Auf diese Art weist die Produktmenge mi't geringer Viskosität 18, die oben auf dem erstarrten Produkt 17 schwimmt, nur geringe Schwankungen auf, und die Pumpe 1 fördert unter guten Bedingungen weiter trotz der Höhenstandsänderung im Lager.

Fig. 4, die eine detaillierte Darstellung der Lagerungsanlage zeigt, weist an einer Wand eines Innenbehälters mehrere übereinander angeordnete Öffnungen auf, durch dis Anteile des Mediums entsprechend deren Viskosität und Wzvmeunterschiede gegenüber dem im Hauptspeicher befindlichen Medium fließen können.

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Claims (5)

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   PATENTANSPRÜCHE

   ζ 1. Verfahren zur Lagerung von Medien, wie Stoffen, deren Stockpunkttemperatur oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, dadurch gekennzeichnet, daß man im gelagerten Stoff ständig eine Temperaturdifferenz aufrecht erhält, derart, daß nur ein Teil dieses Stoffes eine genügend geringe Viskosität aufweist, die seine Rückförderung ermöglicht, und daß dieser Anteil vom übrigen Stoff dadurch getrennt wird, indem die Beziehung zwischen der Viskosität des anteiligen Stoffes und dessen Strömungsgeschwindigkeit an der Trennebene zwischen den Stoffen ausgenutzt wird, um diesen Anteil des Stoffes vom Rest zu trennen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da.i durch die Trennung ein ziemlich konstantes Volumen des Stoffes rückgefördert wird, und daß dieses rückgeförderte Volumen in variablem Verhältnis in zwei Anteile aufgeteilt wird, wobei der eine dieser Anteile durch Erwärmen ständig rezirkuliert und diese Wärme zur Aufrechterhaltung der Anwendbarkeit des Verfahrens notwendig ist.

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   INSPECTED

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3. 3. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Wand aufweist, die über mindestens den größten Teil der Lagerhöhe Durchlässe besitzt, die der Stoff in hauptsächlich laminarer Strömung durchdringt.
4. 4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Reihe ringförmiger, konisch-zylindrischer Elemente mit vertikaler Achse besteht, die ineinander gesteckt sind, derart, daß zwischen zwei übereinander liegenden Elementen ein Ringraum entsteht, der einen Durchlaß bildet, den der Stoff in hauptsächlich laminarer Strömung durchdringt.
5. 5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, besonders für eine unterirdische Lagerung, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf eine in einem Schacht angeordnete Förderpumpe montiert ist, und daß die Elemente auf der Förderleitung der genannten Pumpe befestigt sind und einen genügend kleinen Außendurchmesser aufweisen, um ein Hochholen des Ganzen ohne Demontagen zu ermöglichen.

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