DE3419159C1 - Entgaser - Google Patents
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D19/00—Degasification of liquids
- B01D19/0042—Degasification of liquids modifying the liquid flow
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Description
2. Entgaser nach Anspruch 1, bei dem
g) im Innenraum (13) des Behälters (12) unter dem Flüssigkeitsspiegel (15) um das Absaugrohr (4)
herum ein Prallblech (21) angeordnet und
h) ein Schwimmer (17) vorgesehen ist, der mit seinem
Ventilkopf (18) das Gasauslaßrohr (19) je nach Höhe des Flüssigkeitsstandes abdichtet,
und bei dem
i) sich zwischen Flüssigkeitsspiegel (15) und Gasauslaßrohr (19) ein Tropfenabscheider (20) befindet.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entgaser nach dem Patentanspruch 1.
Gas/Flüssigkeits- bzw. Dampf/Flüssigkeitsströmungen in Rohren treten sehr häufig in technischen Anwendungen
auf. In manchen Fällen ist es von großem Vorteil, den Gas- bzw. Dampfanteil wesentlich zu verringern.
Ein Beispiel dafür ist die Rohölförderung. Hier ist im geförderten Öl meist ein unerwünschter Anteil an Erdgasen
enthalten, der den Rohrleitungsdruckverlust und damit die Förderleistung wesentlich erhöht. Außerdem
können mechanische Belastungen der Rohrleitungen auftreten (Schwallströmung), die zum Versagen führen
können.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit von Entgasern besteht bei Verdampfern. Bei der Verdampfung von Flüssigkeiten
ist bei kleinem Dampfgehalt (Blasenströmung) der Wärmeübergang sehr viel besser als bei hohen
Dampfgehalten (Ringströmung). Durch Einbau eines Entgasers, der den Dampfgehalt herabsetzt, kann somit
die benötigte Heizfläche sowie die Pumpleistung verringert und damit der Wirkungsgrad der Anlage vergrößert
werden.
Konventionell bekannte Gas/Flüssigkeitsseparatoren, wie Zyklone und Behälter mit großer Oberfläche
ίο etc., erfordern ein großes Bauvolumen, damit hohe Kosten
und werden für diese Zwecke selten eingesetzt.
Aus der GB-OS 21 17 662 ist ein Entgaser für Flüssigkeitsströmungen
in Rohrleitungen mit einem in diese einschaltbaren Rohrteilstück bekannt, bei welchem an
das Rohrteilstück ein Abzweigrohr unter einem Winkel von 90° angeschlossen und oberhalb des Abzweigrohres
ein Behälter mit einem Gasauslaßrohr am oberen Ende angebracht ist. Aus der CH-PS 5 89 462 ist ein
weiterer Entgaser bekannt, bei dem ein oberhalb des Rohres angebrachter Behälter eine wesentlich größere
Querschnittsfläche als das Rohr selbst aufweist.
Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, die Trenneigenschaften solcher Entgaser zu verbessern und
dabei einen einfachen Entgaser möglichst geringen Bauvolumens zu schaffen, der eine verbesserte Separation
von Gasen aus Flüssigkeitsströmen ermöglicht und der dabei lediglich einen geringen Druckverlust verursacht.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende
Erfindung die Merkmale vor, die im Patentanspruch 1 aufgeführt sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des
Entgasers wird durch die weiteren Merkmale erzielt, die im Patentanspruch 2 zusätzlich aufgeführt sind.
Durch den neuen Entgaser wird in vorteilhafter Weise
ein Apparat mit durch das Absaugrohr verbessertem Trenneffekt geschaffen, der einerseits ein geringes Bauvolumen
und andererseits dazu noph einen sehr kleinen Druckverlust aufweist Dadurch könnte z. B. die Wärmeaustauscherfläche
eines Verdampfers verringert werden. Der Druckverlust des Entgasers im waagerechten
Rohr ist praktisch vernachlässigbar klein, da sich der Druckanstieg nach Bernoulli und der Druckverlust
durch die Gasblasenverwirbelung nahezu kompensieren. Der Reibungsdruckverlust in dem sich an den Entgaser
anschließenden Rohrteilstück ist hingegen z. B.
um den Faktor 2 und mehr kleiner als stromauf des Entgasers.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert. Es
zeigt die
F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau des Entgasers im Schnitt, die
F i g. 2 einen Schnitt entlang AB der F i g. 1, die
F i g. 3 die Wirkungsweise des Entgasers gemäß der Fig. 1, die
Fig.4 eine Gas-Flüssigkeitswellenströmung im Zustrom
zu dem Entgaser und die
Fig.5 eine Strömung mit einzelnen Blasen im Abstrom
des Entgasers in dem gleichen Maßstab. Der Entgaser gemäß der F i g. 1 ist auf bzw. an einem
waagerechten Rohrteilstück 1 aufgebaut, welches in eine strömungsführende Leitung eingebaut ist, in der ein
Gas/Dampf-Flüssigkeitsgemisch, z.B. mit Wasser, in Richtung 2 strömt. An das Rohrteilstück 1 ist ein Abzweigrohr
3 etwa gleichen Durchmessers schräg entgegen der Strömungsrichtung 2 angesetzt, dessen Neigungswinkel
kleiner gleich 90° ist. An der geneigten Seite wird an der Berührungs- bzw. Abzweigstelle die
Kante 6 gebildet. An der Innenseite 7 des Abzweigroh-
res 3 ist ein besonders geformtes Rücklaufblech 5 angebracht. Das Rücklaufblech 5, das in der F i g. 2 schräg
von der Abströmseite her zu sehen ist, weist etwa die Form eines U auf, das mit seiner Außenseite senkrecht
auf die Innenseite 7 des Abzweigrohres 3 geschweißt ist und dessen Schenkel 8 aus der Ebene des U nach unten
an der Innenseite 7 entlang gekrümmt bis etwa zur Berührungsstelle 9 des Rohres 3 mit dem Rohrteilstück 1
verlaufen. Dabei laufen die Schenkel 8 spitz zu und bilden somit eine Leiteinrichtung für die Strömung an der
Innenwand 7.
Das obere Ende 10 des Rücklaufbleches 5 liegt, von der Seite gesehen, etwa in der Ebene 24 der Einströmöffnung
11 eines Absaugrohres 4, welches aus einem Behälter 12 bzw. aus dessen Innenraum 13 nach unten in
das Abzweigrohr 3 führt. Das Absaugrohr 4 kann jedoch auch außerhalb des Behälters 12 gelegen und
durch dessen Wandung hindurch geführt sein. Im Behälter 12, der einen wesentlich größeren Durchmesser als
die Rohre 1 und 3 aufweist und der über ein kegeliges Übergangsstück 14 an das Abzweigrohr 3 angeschlossen
ist, bildet sich als Trennfläche des Gemisches der Flüssigkeitsspiegel 15 aus. Das Absaugrohr 4 ragt mit
seiner Auslaßöffnung 16, die seitlich umgebogen sein kann, über den Flüssigkeitsspiegel 15 hinaus.
Auf diesem Flüssigkeitsspiegel 15 schwimmt ein Schwimmer 17, auf welchem ein Ventilkopf 18 befestigt
ist. Der Ventilkopf 18 verschließt bei bestimmter Höhe des Flüssigkeitsspiegels 15 das durch die Behälterwand
nach außen führende Gasauslaßrohr 19. Zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 15 und dem Gasauslaßrohr 19 ist im
Behälter 12 noch ein Tropfenabscheider 20 eingesetzt, der das Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen in den Auslaß
19 verhindert. Schließlich ist noch in dem Gemisch bzw. unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 15 ein Prallblech
21 um das Rohr 4 herum vorgesehen.
Die Wirkungsweise des Entgasers ist in der Fig.3 gezeigt:
Ist im Innenraum 13 des Behälters 12 der Druck geringfügig kleiner als im Rohrteilstück 1 stromauf des
Entgasers, so wird ein Teil des Flüssigkeits-Gasgemisches in das Abzweigrohr 3 umgelenkt. Dabei ist aufgrund
a) der unterschiedlichen Dichten der Phasen (Massenträgheit)
b) einer in den meisten technischen Anwendungen vorhandenen gewissen Schichtung der Phasen in
der Zuströmung
der in den Abzweig gelangende Gasmassenanteil X3
größer als der Gasmassenanteil X\ der Zuströmung jeweils beispielsweise in Prozent betrachtet. Beim Eintritt
in den Abzweig 3 bildet sich ein großes Ablösegebiet 22 aus. Die Flüssigkeit, z. B. Wasser, hat das Bestreben, sich
an der dem Ablösegebiet 22 gegenüberliegenden Seite 23 des Abzweigrohres 3 anzulegen. Dabei wird das Gas
separiert. Das Absaugrohr 4 hat die Aufgabe, durch geeignete Lage seiner Eintrittsöffnung 11 Gas in diesem
Bereich zu entnehmen. Der Auslauf bzw. die Auslaßöffnung 16 des Rohres 4 ist so ausgebildet, daß bei Wassermittriß
das Wasser nicht auf den Tropfenabscheider 20 auf trifft, z. B. durch Anströmung senkrecht zur Achse
des Behälters mit tangentialer Komponente.
Stromab des Querschnittes in der Ebene 24 der Einströmöffnung 11 wird die Strömung verzögert. Ein Teil
des Wassers gelangt auf die gegenüberliegende Seite 25 der Wand und strömt im Bereich des Totwassers 26
nach unten.
Diese Rückführung des Wassers wird durch die Ausbildung eines günstigen Strömungskanales durch das
besonders geformte Rücklaufblech 5 wesentlich gefördert. Durch dieses wird verhindert, daß das Rücklaufwasser
wieder auf die Kante 6 trifft, an der die Gasblasen aus der Flüssigkeit abgerissen und hochgeführt werden.
Um das zu verhindern, verschließt das obere Ende 10 des Bleches 5 den Spalt zwischen der Rohrmündung
11 und dem Wand teil 25 des Abzweigrohres 3. Die Strömungen würden sonst an der ungünstigsten Stelle aufeinandertreffen.
Mit Hilfe des Bleches 5 wird somit das Rücklaufwasser auf die Seite geführt, an einen Bereich,
in dem es nicht mit dem hochströmenden Wasser in Berührung kommt.
Dieses hochströmende Wasser mit einem verkleinerten Gasanteil wird im Bereich der kegeligen Erweiterung
14 stark verzögert, die restlichen Blasen 28 von den ursprünglichen Blasen 27 scheiden sich durch Auftrieb
ab. Im Gasstrom im Innenraum 13 verbliebene kleinste Tröpfchen werden mit dem Tropfenabscheider 20 zur
Behälterwand geführt und fließen nach unten zum Flüssigkeitsspiegel 15 hin ab.
Das Prallblech 21 hat die Aufgabe, zu verhindern, daß bei intermittierender Zuströmung Schwalle direkt auf den Tropfenabscheider 20 gelangen. Zur Einstellung des maximalen Gasvolumenstromes durch den Entgaser wird der Flüssigkeitsspiegel 15 durch eine Regelung, z. B. durch den vom Schwimmer gesteuerten Ventilkopf 18 an der Auslaßöffnung 16 auf eine konstante Höhe unterhalb des Tropfenabscheiders geregelt.
Zusammengefaßt ergeben sich zwei Trenneffekte:
Das Prallblech 21 hat die Aufgabe, zu verhindern, daß bei intermittierender Zuströmung Schwalle direkt auf den Tropfenabscheider 20 gelangen. Zur Einstellung des maximalen Gasvolumenstromes durch den Entgaser wird der Flüssigkeitsspiegel 15 durch eine Regelung, z. B. durch den vom Schwimmer gesteuerten Ventilkopf 18 an der Auslaßöffnung 16 auf eine konstante Höhe unterhalb des Tropfenabscheiders geregelt.
Zusammengefaßt ergeben sich zwei Trenneffekte:
1. Der eine Trenneffekt wird durch unterschiedliche Dichten bzw. eine Schichtung in der Strömung
stromauf des Abzweiges bewirkt. Dadurch gelangt beim Eintritt mehr Gas als Flüssigkeit in das Abzweigrohr
3.
2. Der zweite Trenneffekt beruht darauf, daß durch das Absaugrohr 4 bevorzugt Gas über dem Totwasser
26 entnommen wird, d. h. über dem Umlenkpunkt der Strömung, an dem sich das Gas separiert,
da das Totwassergebiet 26 direkt unter der Öffnung 11 des Rohres 4 liegt. Das rückwärts strömende
Wasser kommt jedoch nicht mehr mit dem Totwasser 26 in Berührung.
In den Fig.4 und 5 sind Flüssigkeitszustände bzw.
Strömungen vor und hinter einem optimierten Entgaser dargestellt, wobei in F i g. 4 im Zustrom zum Entgaser
eine Wellenströmung dargestellt ist. Das Funktionsprinzip ist jedoch nicht auf diese Strömungsform beschränkt.
Der Winkel des Abzweigrohres 3 betrug dabei 45°, dessen Durchmesser war gleich dem des Rohrteil-Stückes
1. Die Länge des Abzweigrohres war zweimal gleich seinem Durchmesser, die Höhe des Bleches 5
bzw. die Entfernung der Rohrmündung 11 von der Gegenseite
25 gleich V5 des Rohrdurchmessers und die Entfernung der Einströmöffnung 11 von der Strömungsmitte
2 einmal Rohrdurchmesser. Der Behälter 12 hatte einen Durchmesser von viermal und eine Höhe von
sechsmal dem Rohrdurchmesser.
Die F i g. 5 zeigt den Strömungszustand stromab eines solchen Apparates. Es befinden sich einzelne Blasen
im Abstrom, der Gasanteil ist gegenüber der Wellenströmung in der F i g. 4 wesentlich reduziert, die Gasgeschwindigkeit
ist sehr viel kleiner. Dadurch ist der Reibungsdruckverlust in dieser Rohrstrecke um einige Fak-
toren kleiner als der in der Rohrstrecke gemäß der | Rohrteilstück | Hierzu 3 Blatt Zeichnungen |
Fig. 4. | Strömungsrichtung bzw. -mitte | |
Bezugszeichenliste | Abzweigrohr | |
1 | Absaugrohr | |
2 | Rücklaufblech | |
3 | Kante | |
4 | Innenseite | |
5 | Blechschenkel bzw. Spitzen | |
6 | Berührungsstelle | |
7 | oberes Ende | |
8 | Einströmöffnung | |
9 | Behälter | |
10 | Innenraum | |
It | Übergangsstück | |
12 | Flüssigkeitsspiegel | |
13 | Auslaßöffnung | |
14 | Schwimmer | |
15 | Ventilkopf | |
16 | Gasauslaßrohr | |
17 | Tropfenabscheider | |
18 | Prallblech | |
19 | Ablösegebiet | |
20 | Seite | |
21 | Ebene | |
22 | Gegenseite | |
23 | Totwasser | |
24 | Blasen | |
25 | Blasen | |
26 | ||
27 | ||
28 | ||
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
Claims (1)
1. Entgaser zum Abtrennen von Gasen oder Dämpfen aus Gas/Flüssigkeits- bzw. Dampf/Flüssigkeitsströmungen
in Rohrleitungen mit
a) einem in diese einschaltbaren Rohrteilstück, wobei
b) an das Rohrteilstück (1) ein Abzweigrohr (3) angeschlossen ist, das schräg gegen die Strömungsrichtung
(2) unter einem Winkel kleiner gleich 90° gerichtet ist,
c) an bzw. oberhalb des Abzweigrohres (3) ein Behälter (12) mit wesentlich größerer Querschnittsfläche
als die Rohre (1,3) über ein kegeliges Übergangsstück (14) angeschlossen ist, der
an seinem oberen Ende ein Gasauslaßrohr (19) aufweist,
d) vom Innenraum (13) des Behälters (12) über dem Flüssigkeitsspiegel (15) ein Absaugrohr (4)
mit seiner Ansaugöffnung (11) in das Abzweigrohr (3) oberhalb dessen Einmündung in das
Rohrteilstück (1) führt,
e) im Abzweigrohr (3) ein U-förmiges Rücklaufblech (5) senkrecht auf der Innenfläche (7) des
Rohres (3) angebracht ist, dessen Blechschenkel (8) im Abzweigrohr (3) nach unten in Richtung
Rohrteilstück (1) gekrümmt verlaufen und
f) das obere Ende (10) des Rücklaufbleches (5) etwa in derselben Ebene wie die Einströmöffnung
(11) des Absaugrohres (4) zwischen diesem und der Innenfläche (7) des Abzweigrohres (3) sitzt
und den direkten Durchfluß zwischen beiden an der engsten Stelle sperrt.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE3419159A DE3419159C1 (de) | 1984-05-23 | 1984-05-23 | Entgaser |
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Publications (1)
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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