DE3128243A1

DE3128243A1 - "druckregelung in einer anlage zur lagerung und abgabe von tiefkalten fluessigen medien"

Info

Publication number: DE3128243A1
Application number: DE19813128243
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. 7060 Schorndorf Hesse; Rolf Dipl.-Ing. 4030 Ratingen-Lintorf Schaub
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1981-07-17
Filing date: 1981-07-17
Publication date: 1983-02-03

Description

Kennwort: Druckzusatz
Druckregelung in einer Anlage zur Lagerung und'Abgabe von tiefkalten flüssigen Medien Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Druckregelung in einer Anlage zur Lagerung und Abgabe von tiefkalten flüssigen Medien, z.B. Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Helium oder dergleichen, im wesentlichen bestehend aus einem isolierten Behälter, einer Abgabevorrichtung für das tiefkalte flüssige Medium und einem Druckzusatz, in dem eine Teilmenge flüssigen tiefkalten Mediums in den gasförmigen Zustand überführt und durch ein Stellventil bei Bedarf zur Druckerhöhung in den Gasraum des Behälters eingeleitet wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es ist allgemein bekannt, einen bestimmten Betriebsdruck in einer Anlage zur Lagerung und Abgabe von tiefkalten flüssigen Medien dadurch aufrechtzuerhalten, daß eine Teilmenge des flüssigen tiefkalten Mediums in einem Druckzusatz durch einen Verdampfer in den gasförmigen Zustand überführt und in den Gasraum des Behälters eingeleitet wird. Hierbei wird das verdampfte flüssige Medium vorher auf Umgebungstemperatur, d.h. etwa 20° C, erwärmt.
-Nach der Rückführung in den Gasraum des Behälters wird das Gas auf die im Gasraum herrschende Tieftemperatur abgekühlt. Die abgegebene Wärme führt bei zunehmender Entleerung des Behälters zu einer fortlaufenden Erwärmung des tiefkalten flüssigen Mediums und je nach Betriebsdruck zu 'einer teilweisen Verdampfung, so daß dieses dem Verbraucher letztlich in geringerer Menge zur Verfügung steht, als es wünschenswert wäre.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer Anlage der eingangserwähnten Gattung den Betriebsdruck derart zu regeln, daß eine Erwärmung des gelagerten tiefkalten flüssigen Mediums über das zur Aufrechterhaltung des Betriebsdruckes zugeführte im Druckzusatz verdampfte Medium nicht erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das in den Druckzusatz abgeleitete tiefkalte flüssige Medium bei Druckabfall in der Anlage in Teilmengen nur verdampft und im Sättigungszustand ohne weitere Erwärmung in den Gasraum des Behälters geleitet wird. Da das verdampfte tiefkalte Medium mit der Temperatur des vorhergehenden flüssigen Zustandes wieder in den Gasraum der Anlage geleitet wird, braucht es dort nicht zurückgekühlt zu werden und führt so dem Inhalt der Anlage keine Wärme zu.
Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil im Druckzusatz vor dem Verdampfer angeordnet ist und entsprechend dem Druckabfall im Behälter eine Teilmenge flüssigen Mediums in den Verdampfer strömen läßt.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gegeben, daß als Stellventil ein Druckregelventil eingesetzt ist, das von einem Regler gesteuert wird, dessen Druckfühler im Gasraum des Behälters angeordnet ist.
Durch diese Anordnung des über den Druckfühler im Gasraum feinfühlig regelbaren Stellventils in der t-iefkalten Flüssigkeit vor dem Verdampfer wird auf einfache Weise sichergestellt, daß nur die zur Aufrechterhaltung des gewünschten Betriebsdruckes in der Anlage benötigte Teilmenge flüssigen tiefkalten Mediums zur Verdampfung frei gegeben wird. Bei entsprechender Dimensionierung des Verdampfers und gegebenenfalls isolierter Zuleitungen ist somit keine unerwünschte Aufwärmung des verdampften Mediums möglich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungebeispiels näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist eine Anlage zur Lagerung und Abgabe von tiefkalten flüssigen Medien, beispielsweise flüssigem Stickstoff mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, deren Betriebsdruck nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geregelt wird.
In der Fig. ist unter Weglassung aller bekannten Einrichtungen, wie z.B. Fülleitungen, Sicherheits- und Anzeigearmaturen, ein Behälter 1 für die Lagerung und Entnahme von flüssigem Stickstoff dargestellt, dessen Betriebsdruck bei laufender oder intervallmäßiger Entnahme aufrechterhalten werden soll.
Der isolierte Behälter 1 ist über eine in die Flüssigphase 2 reichende Leitung 3 und einem Absperrventil 4 mit einem Druckzusatz 5 verbunden. Der Druckzusatz 5 weist in der tiefkalten Flüssigkeit ein Druckrelgelventil 6 auf, dessen Ausgang über einen Verdampfer 7 und eine Leitung 8 mit dem Gasraum 9 in dem Behälter 1 in Verbindung steht.
Das Druckregelventil 6 ist über eine Leitung 10 mit einem Regler ii verbunden. Der Regler 11 wiederum ist über eine Leitung 12 mit einem im Gasraum 9 des Behälters 1 angeordneten Druckfühler 13 verbunden. Eine Entnahmeleitung 14 reicht einerseits in die Flüssigphase 2 im Behälter 1 und ist andererseits durch ein Ventil 15 verschließbar.
Im Ruhezustand herrscht in der gesamtn Anlage ein besti.mmXer Betriebsdruck, normalerweise etwa 2 bis 3 bar.
Wenn aus der Entnahmeleitung 14 nach Öffnen des Ventils 15 flüssiger Stickstoff ausfließt, sinkt der Uberdruck ab.
Das in der Flüssigkeit des Druckzustzes 5 liegende Druckregelventil 6 öffnet, und eine Teilmenge Flüssigstickstoff strömt in den Verdampfer 7. Der Verdampfer 7 ist so ausgelegt, daß der Flüssigstickstoff nur verdampft, jedoch nicht weiter erwärmt wird, so daß er im Sättigungszustand in dem Gasraum 9 geleitet werden kann. Sobald der Druckfühler 13 eine genügende Druckerhöhung feststellt, wird über den Regler 11 das Druckregelventil 6 wieder geschlossen.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt die nachstehende beispielhafte Rechnung: In einem Standtank muß bei einer Entnahme-von 600 lih flüssigen Stickstoffs dieser Raum mit kaltem Stickstorfgas gleichen Volumens ausgefüllt werden. Um den angenommenen Betriebsdruck von 3,1 bar zu halten, ist hierzu etwa 6,84 kg/h Flüssigstickstoff zu verdampfen, weil gasförmiger Stickstoff bei -175° C und 3,1 bar Betriebsdruck ein spezifisches Gewicht von 11,4 kg/m3 hat.
Die Temperatur von -175° C wird angenommen, weil in einem Standtank normalerweise eine Temperaturschichtung vorhanden ist und im Gasraum nicht die dem Betriebsdruck entsprechende Sieaetemperatur von -1850 C herrschen kann.
Der Xälteentzug bei Abkühlung von 6,84kg/h Stickstoffgas, das im Druckzusatz herkömmlicher Bauart auf etwa 0° C aufgewärmt wurde, auf 1750 C beträgt 6,84 kg/h x 0,248 kcal/kg °K x 1750 K = 297 kcal/h Bet einem mi@tloren Tankinhalt von 4000 kg flüssigen SticKstoff bedeutet dies ein Anwärmen von 297 = 0,2750K/h.
4000 x 0,27 Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zur Aurrechterhaltung des Betriebsdruckes von 3,1 bar bei einer Entnahme von 600 l/h etwa die gleiche Flüssigstickstoffmenge zu verdampfen, nämlich 6,84 kg/h. Es wird jedoch gemäß der Erfindung in vorteilhafter Weise verhindert, daß das Stickstoffgas erst auf etwa 0° C aufgewärmt und dann im Tank wieder abgekühlt wird.
Dies hat den Vorteil, daß der Flüssigstickstoff dem Verbraucher, abgesehen von der Wärmeeinstrahlung, ohne zusätzlichen Kälteverlust zur Verfügung steht. Wenn die Verwendung von flüssigem Stickstoff zur Kühlung erfolgt, ergibt sich durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere bei Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, eine wesentliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.
L e e r s e i t e

Claims

Patentan sprüche Verfahren zur Druckregelung in einer Anlage zur Lagerung und Abgabe von tiefkalten flüssigen Medien, z.B.

Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Helium oder dergl., im wesentlichen bestehend aus einem isolierten Behälter, einer Abgabevorrichtung für das tiefkalte flüssige Medium und einem Druckzusatz, in dem eine Teilmenge flüssigen tiefkalten Mediums in den gasförmigen Zustand überführt und durch ein Stellventil bei Bedarf zur Druckerhöhung in den Gasraum des Behälters eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das in den Druckzusatz (5) abgeleitete tiefkalte -flüssige Medium bei Druckabfall nur verdampft und im Sättigungszustand ohne weitere Erwärmung in den Gasraum (9) des Behälters (1) geleitet wird.
2. Vorrichtung zur Druckregelung in einer Anlage zur Lagerung und Abgabe von tiefkalten flüssigen Medien, im wesentlichen bestehend aus einem isolierten Behälter, einer Abgabevorrichtung für tiefkaltes flüssiges Medium und einem Druck zusatz mit einem Stellventil und einem Verdampfer, der über eine Leitung mit dem Gasraum des Behälters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellventil (6) im Druckzusatz (5) vor dem Verdampfer t7) angeordnet ist und entsprechend dem Druckabfall im Behälter eine Teilmenge flüssigen Mediums in den Verdampfer (7) strömen läßt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellventil ein Druckregelventil (6) eingesetzt ist, das von einem Regler (11) gesteuert wird, dessen Druckregler (13) im Gasraum (9) des Behälters (1) angeordnet ist.