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Wasserschloß für Gasfackelanlage
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Die Erfindung betrifft ein Wasserschloß für eine Gasfackelanlage gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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In industriellen Anlagen besteht häufig die Notwendigkeit, brennbares
Gas, das nicht anderweitig verwertbar ist, abzufackeln, um zu vermeiden, daß es
unverbrannt in die Atmosphäre gelangt. Als Beispiele solcher industriellen Anlagen
können Ölraffinerien und Koksöfen genannt werden.
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Bei solchen Gasfackelanlagen besteht die Gefahr, daß bei einem plötzlichen
Ausbleiben des Gasdruckes die Flamme in das Gasfackelrohr und die Anlage, an die
dieses angeschlossen ist, zurückschlägt und eine Verpuffung stattfindet, die zu
schweren Schäden führen kann. Aus diesem Grunde ist am unteren Ende oder im Zuge
des Fackelrohres ein Wasserschloß angebracht, welches ein weiteres Zurückschlagen
der Flamme über das Wasserschloß hinaus verhindert. Zugleich kann dieses Wasserschloß
dazu verwendet werden, einen Gasdruck festzulegen, bei dessen Überschreitung das
Gas in die Abgasfackel gelangt. Ein prinzipielles Beispiel für den Einsatz einer
Gasfackel zeigt Figur 1.
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Das in einer Gaserzeugungsanlage 1, z.B. einem Koksofen, erzeugte
Gas wird über eine Leitung 3 an einen fernen Verbraucher 2 geliefert. Im Punkte
a ist an die Leitung 3 eine Gasfackelanlage angeschlossen. Zu dieser gehört ein
Wasserschloß 5, das aus einem Behälter 11 besteht, der zum Teil mit Wasseigefüllt
ist, und zwar bis zu dem Niveau h1. Eine im Punkte a angeschlossene Gasrohrleitung
4 führt in den Behälter ii und taucht mit ihrem offenen Ende 4a in das Wasser ein.
Am oberen Ende des Behälters 11 ist das Fackelrohr angeschlossen, an dessen oberen
Ende
das Gas mit der Flamme 7 verbrennen kann. Der
a herrschende Gasdruck drückt den Wasserspiegel im Ende des Rohres 4a auf das Niveau
h2. Steigt der Gasdruck weiter, z.B. infolge verminderter Gasabnahme durch den Verbraucher
2, dann wird das Wasser vollständig aus dem Rohrende 4a herausgedrückt und das Gas
strömt durch das Wasser in das Fackelrohr 6. Im Falle eines Rückschlagens der Flamme
7 kann eine Verpuffung nur in dem Raum oberhalb des Wasserspiegels h1 erfolgen.
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Die einfache in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform eines Wasserschlosses
hat den Nachteil, daß das abzufackelnde Gas nicht gleichmäßig das Wasservolumen
im Wasserschloß durchströmt. Vielmehr findet der Durchbruch des Gases durch das
Wasservolumen stoßartig statt, was zu erheblichen mechanischen Erschütterungen,
zu Schwingungen und zu einem ungleichmäßigen Brennen der Abgasflamme führen kann.
Bei starkem, plötzlichem Druckanstieg des Abgases, z B. bei einem plötzlichen Schließen
des Ventils 8, kann ein so starker Impuls auf das Wasser ausgeübt werden, daß dieses
vollständig nach oben durch das Fackelrohr herausgeschleudert wird und die Sicherheitsfunktion
des Wasserschlosses gegen eine rückschlagende Flamme aufgehoben ist.
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Um das stoßweise Eintreten des Gases in das Wasser zu beseitigen,
ist es bereits bekannt, in den Behälter 11 des Wasserschlosses ein Rohr 13 (siehe
Figur 2) einzusetzen, welches mit der Innenwand des Behälters 11 einen ersten Spaltraum
15 bildet, der oben geschlossen ist und unten in den Raum unterhalb des Rohres 13
mündet. Das abzufackelnde Gas wird am oberen Ende dieses Spaltes eingeleitet. Der
untere Rand des Rohres 13 ist mit Schlitzen versehen, deren Breite nach oben abnimmt.
Auf diese Weise wird erreicht, daß das im Spalt nach unten vordringende Gas zunächst
einen kleinen und danach einen zunehmend größeren Querschnitt vorfindet, über den
es nach oben hochperlen kann. Durch dieses Rohr 13 ist es möglich, den
stoßweisen,
Schwingungen verursachenden Durchtritt des Gases durch das Wasser zu verhindern.
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Das soweit bekannte Wasserschloß bietet jedoch keinen Schutz gegen
das völlige Herausschleudern des Wasservolumens bei plötzlich stark ansteigendem
Gasdruck. Die Gefahr, daß der Schutz gegen ein Rückschlagen der Flamme in die vor
dem Wasserschloß liegende Anlage aufgehoben wird, besteht fort.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserschloß der vorgenannten
Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß es auch bei einem plötzlichen starken Anstieg
des Gasdruckes seine Fähigkeit, eine zurückschlagende Flamme zu blockieren, nicht
verliert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wasserschloß nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil
des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen genannt.
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Anhand der Figuren soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Beispiels für die Verwendung eines Wasserschlosses
gemäß der Erfindung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Wasserschlosses gemäß
der Erfindung im Vertikalschnitt längs der linie B-B in Fig. 2, wobei der Teil T
des eingesetzten zylindrischen Rohres in Ansicht dargestellt ist, Fig. 3 einen Schnitt
durch das Wasserschloß gemäß Fig. 2 längs der Linie A-A.
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In den Figuren 2 und 3 ist der äußere Behälter des Wasserschlosses
mit 11 bezeichnet. Im Wasserschloß ist ein zylindrisches Rohr 13 angeordnet, dessen
Durchmesser wenig kleiner als der Durchmesser des Behälters 11 ist. Das Rohr 13
bildet zusammen mit der Wand des Behälters 11 einen ersten Spaltraum 15, der an
seinem oberen Ende bei 14 geschlossen ist. Das Rohr 11 endet unten oberhalb des
Bodens 12 des Behälters 11, und ist an seinem unteren Rand mit axial verlaufenden
Schlitzen 17 versehen, deren Querschnitt nach oben hin kleiner wird. Die Schlitze
können über ihre gesamte Länge kontinuierlich kleiner werden oder aber in ihrem
oberen Bereich aus einem sehr schmalen Schlitz konstanter Breite bestehen. Der erste
Spaltraum 15 ist nach unten offen und steht in Verbindung mit dem Raum unterhalb
des Rohres 13. Das abzufackelnde Gas tritt über einen Stutzen 16 in den Behälter
11 ein, der in der Höhe des Stutzens von einem Ringraum 18 umgeben ist, durch welchen
das Gas über den gesamten Umfang des Behälters verteilt wird. Innerhalb des Ringraumes
sind in der Behälterwand Eintrittsöffnungen 19 vorhanden.
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Gemäß der Erfindung ist innerhalb des Rohres 13 ein Topf 20 angeordnet,
der oben offen ist und unten einen Boden 20a hat. Nahe dem Boden ist die Wand des
Topfes 20 mit relativ kleinen Durchtrittslöchern 23 versehen. Dem Behälter wird
fortlaufend, z.B. über einen an den ersten Spaltraum angeschlossenen Zulauf 26,
in begrenzter Menge Wasser zugeführt, so daß sich im Behälter ein Wasserniveau h1
aufbaut, dessen Höhe mittels eines Siphons 27, der außerhalb des Behälters 11 an
ein in seiner Höhe verstellbares Steigrohr 28 angeschlossen ist, eingestellt werden
kann.
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Das über den Einlaßstutzen 16 eintretende Gas drückt den Wasserspiegel
im ersten Spaltraum nach unten (Niveau h2).
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Bei steigendem Druck des eintretenden Gases wird der Wasserstand h2
weiter abgesenkt, bis das Gas schließlich
die oberen Enden der Schlitze
17 erreicht und innerhalb des zweiten Spaltraumes 21 nach oben perlen kann, wo es
über den Auslaß 29 in das Fackelrohr 6 eintritt. Wenn der Gasdruck plötzlich sehr
stark steigt, kann es passieren, daß die Druckwelle das gesamte Wasservolumen aus
dem zweiten Spaltraum 21 nach oben herausreißt, so daß kurzfristig eine direkte
Gasverbindung zwischen dem Einlaß 16 und dem Auslaß 29 besteht. Das im Topf 20 befindlichte
Wasservolumen wird dagegen durch die plötzliche Gasdruckwelle praktisch nicht beeinflußt,
da die Löcher 21 eine zu kleine Angriffsfläche für das Gas und eine zu starke Drosselwirkung
für das Wasser darstellen. Wenn der Gasdruck zusammenbricht, was Voraussetzung für
ein Rückschlagen der Flamme ist, so tritt sofort durch die Löcher 23 genügend Wasser
aus, um den ersten Spaltraum 21 wieder zu füllen, so daß eine eventuell zurückschlagende
Flamme nicht das Wasserschloß passieren kann. Ohne das Wasserreservoir im Topf 20
wäre ein schnelles Wiederauffüllen des Spaltraums 21 nicht möglich, da der kontinuierliche
Wasserzufluß über den Zufluß 26 aus Wirtschaftlichkeitsgründen klein gehalten werden
muß.
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Wenn der Topf 20 mit einem Boden 20a versehen ist, muß er nicht notwendigerweise
bis zum Boden 12 des Behälters 11 reichen. Drosseldurchtrittsöffnungen 23 können
dann auch im Boden 20a selbst vorhanden sein. Der Topf 20 kann auch ohne Boden 20a
ausgeführt werden. In diesem Falle ist es notwendig, daß sein unterer Rand bis zum
Boden des Behälters 11 reicht und gegen diesen mindestens so gut dichtet, daß nur
stark drosselnde kleine Öffnungen zwischen Topfrand und Behälterboden verbleiben.
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Wenn bei normalem Betrieb Abgas durch das Wasservolumen im zweiten
Spaltraum 21 nach oben strömt, so kann es passieren, daß dieses Wasservolumen in
eine ungleichmäßige, Stöße verursachende kreisende Bewegung im zweiten Spaltraum
versetzt wird. Um die hiermit verbundene
unruhige Arbeitsweise zu
verhindern, kann nach einer Weiterbildung der Erfindung der zweite Spaltraum 21
in radialer Richtung durch eingefügte Rippen.25 in mehrere axiale Kanäle unterteilt
werden. In Fig. 3 sind fünf solcher Rippen 25 im Spaltraum 21 angeordnet. Die Rippen
können sich über die gesamte oder einen Teil der axialen Länge des Spaltraums 21
erstrecken.
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Die zylindrische Bauweise des Wasserschlosses, des Rohres 13 und des
Topfes 20 sind die zweckmäßigsten Ausfuhrungsformen. Selbstverständlich sind jedoch
andere Querschnittsformen möglich. Auch muß der Spaltraum 21 nicht notwendigerweise
an allen Umfangsstellen die gleiche Breite besitzen oder sich über den gesamten
Umfang erstrecken.
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Die Bemessung des zweiten Spaltraumes 21 bzw. des Topfes 20 ist in
weiten Grenzen unkritisch. Die Bemessung erfolgt unter dem Gesichtspunkt, daß die
Strömungsgeschwindigkeit des Gases im zweiten Spaltraum 21 etwa genau so groß ist,
wie in den übrigen Strömungswegen des Abgases. Bei stark schmutzhaltigem Gas wird
der Querschnitt des zweiten Spaltraumes etwas größer gehalten, um Verstopfungen
durch den Schmutz zu vermeiden. Das Wasservolumen im Topf 20 beträgt ein Vielfaches,
z.B. das 15-fache, des Wasservolumens im zweiten Spaltraum. Das Wasserschloß kann
am unteren Ende des Gasfackelrohres 6 oder neben dem unteren Ende des Gasfackelrohres
angeordnet sein.
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