DE3533017A1 - Verfahren zur gasfoerderung und vorrichtung hierzu - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gasförderung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Gasförderung, insbesondere zur Förderung chemisch problematischer Gase und Dämpfe werden in großem Umfang Flüssigkeitsringpumpen eingesetzt. Solche Flüssigkeits­ ringpumpen sind selbstansaugende Pumpen, die, zumindest wenn sie zur Gasförderung eingesetzt werden, nach dem Verdrängerprinzip arbeiten. Ein in einem Pumpengehäuse exzentrisch gelagertes Flügelrad oder Schaufelrad, das auf seiner gehäusenahen Seite einen nur geringen Abstand zur Innenwand des Pumpengehäuses aufweist, schleudert eine im Pumpengehäuse befindliche Betriebs­ flüssigkeit unter Bildung eines nahezu konzentrischen Ringes gegen die Innenwand des Pumpengehäuses, wodurch die einzelnen Zellen des Schaufelrades in radialer Richtung gegeneinander abgesperrt werden. Dabei bilden sich in den einzelnen Sektoren des Schaufelrades Hohl­ räume aus, die mit der Drehung des Schaufelrades als Saug- bzw. Druckräume wirken. In diese Räume mündet saugseitig der Saugstutzen der Pumpe mit der Saugöffnung und geht druckseitig über die Drucköffnung der Druck­ stutzen der Pumpe ab.

Flüssigkeitsringpumpen dieser Art werden mit zum Teil recht hohen Drehzahlen vor allem als Vakuumpumpen sowie als Kompressoren eingesetzt.

Prinzipiell problematisch bei den Flüssigkeitsringpumpen ist, daß das zu fördernde Gas im Inneren der Pumpe unmit­ telbar mit der Betriebsflüssigkeit in Berührung gelangt, was insbesondere auf der Kompressionsseite der Pumpe dazu führen kann, daß das zu fördernde Gas oder einzelne Komponenten des Fördergases in merklichem Umfang in der Betriebsflüssigkeit gelöst werden. Wenn dies der Fall ist, wird die Flüssigkeitsringpumpe separat gekühlt, d. h., er­ folgt eine Trennung der für den Betrieb der Flüssigkeits­ ringpumpe erforderlichen Flüssigkeit in eine Betriebs­ flüssigkeit und eine separat von dieser geführten Kühl­ flüssigkeit. Zu diesem Zweck wird die Betriebsflüssigkeit im Kreislauf über einen Oberflächenkühler geführt, der mit der Kühlflüssigkeit, meist Wasser, rückgekühlt wird.

Bei dieser Betriebsweise nimmt die Betriebsflüssigkeit das zu fördernde Gas bis zu der unter den jeweils ge­ gebenen Betriebsparametern gegebenen Sättigungsgrenze auf, so daß nach Erreichen dieser Sättigungsgrenze an­ schließend kein weiteres zu förderndes Gas mehr aufge­ nommen wird.

Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Flüssigkeits­ ringpumpen zur Gasförderung besteht darin, daß das zu fördernde Gas in den meisten praktischen Fällen auch Wasserdampf enthält, der bei der Kompression des zu fördernden Gases im Inneren der Flüssigkeitsringpumpe kondensiert. Dabei ist die Menge des kondensierten Wasserdampfes zumindest wesentlich eine Funktion der Temperatur des zu fördernden feuchten Gases auf der Saug­ seite der Pumpe. Entsprechendes gilt für andere im zu fördernden Gasgemisch mitgeführte Dämpfe.

Im Fall einer Kondensatbildung im Inneren der Flüssigkeits­ ringpumpe muß daher das gebildete Kondensat kontinuierlich aus der Betriebsflüssigkeit abgezogen werden. Auch das abgezogene Kondensat enthält dabei das zu fördernde Gas bzw. dessen Komponenten bis zur Sättigungsgrenze gelöst, und zwar unabhängig davon, ob die Betriebsflüssigkeit und das Kondensat gleiche Stoffe sind, es sich beispielsweise also in beiden Fällen um Wasser handelt, oder ob Betriebs­ flüssigkeit und Kondensat chemisch verschiedene Stoffe sind, zwischen denen sich ein Verteilungsgleichgewicht ein­ gestellt hat.

Dieser bei Oberflächenrückkühlung der Betriebsflüssigkeit eintretende Verlust an Fördergas durch das unumgängliche Abziehen des sich im Pumpenbetrieb bildenden Kondensats ist vergleichsweise gering und in den meisten Anwendungs­ fällen tolerierbar, so daß bei der Gasförderung mit Flüs­ sigkeitsringpumpen die Oberflächenkühlung die Methode der Wahl ist, wenn das zu fördernde Gas in nennenswertem Umfang in der Betriebsflüssigkeit löslich ist. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch das Erfordernis des stets sowohl betriebskostenmäßig als auch investitionskosten­ mäßig aufwendigen und ungünstigen Wärmeaustauschs zwischen zwei Flüssigkeiten.

Ein weiterer Nachteil der Oberflächenrückkühlung der Betriebsflüssigkeit einer Flüssigkeitsringpumpe liegt darin, daß die Ansaugmenge der Pumpe eine Funktion der Kühlwassertemperatur ist. Je wärmer das Kühlwasser ist, um so geringer ist die Ansaugleistung der Flüssigkeits­ ringpumpe. Bei vorgegebener Ansaugleistung, die von der Pumpe zu erbringen ist, und einer meist nicht allzu niedrig liegenden maximalen Kühlwassertemperatur muß eine Flüssigkeitsringpumpe häufig recht groß ausgelegt werden, um auch an der Obergrenze der zulässigen Kühlwassertemperatur noch die geforderte Ansaugleistung erbringen zu können. Diese Problematik wird gravierender, wenn man bedenkt, daß durch die Zwischenschaltung des Oberflächenkühlers in der Betriebsflüssigkeit eine um ungefähr 5 bis 10°C höhere Temperatur in Kauf genommen werden muß als sie bei direkter Kühlung mit der gleichen Kühlwassermenge und gleicher Kühlwassereintrittstemperatur erzielbar wäre. Eine solche Temperaturerhöhung um 5 bis 10°C kann in der Praxis einer Verringerung der Ansaugleistung der Flüssigkeitsringpumpe um bis zu fast 25% entsprechen. Daß sich trotz dieser Situation Flüssigkeitsringpumpen mit getrennter Betriebsflüssigkeitsführung und Kühlflüs­ sigkeitsführung in der Praxis durchgesetzt haben, liegt in der Stoffbilanz begründet. Ein Beispiel aus der Praxis möge dies erläutern:

Ein aus der Zellwollfabrikation stammendes Spinnbad soll in einem Behälter im Vakuum entgast werden. Dabei werden als Gase hauptsächlich Schwefelwasserstoff und Schwefelkohlenstoff freigesetzt. Diese Gase werden mittels einer Wasserringpumpe mit einer Ansaugleistung von 700 bis 800 m ³/h bei einer Temperatur von ungefähr 30°C und bei einem Druck von 120 mbar abgesaugt. Zur Kühlung einer unter diesen Bedingungen betriebenen Wasserringpumpe sind, nimmt man eine direkte Kühlung an, 2 m³/h Kühlwasser von einer Temperatur von 20°C erfor­ derlich. Unter den angenommenen Betriebsbedingungen löst ein solcher Kühlwasserstrom bei Sättigung rund 4 kg/h Schwefelkohlenstoff und rund 6 kg/h Schwefelwasserstoff. Es ist ersichtlich, daß ein solcher Fördergas-Verluststrom nicht nur im Hinblick auf den Fördergasverlust, sondern auch im Hinblick auf die Kühlwasseraufbereitung untragbar ist. Trotz der vorstehend beschriebenen Nachteile einer Trennung des Betriebsflüssigkeitskreises und des Kühl­ wasserkreises durch einen Oberflächenkühler spricht die Stoffbilanz für den Einsatz dieses zuletzt genannten Verfahrens. Unter gleichen Betriebsparametern und gleicher, aber über einen Oberflächenkühler aufgebrachter Kühlleistung würden dann in der Flüssigkeitsringpumpe lediglich ungefähr 30 bis 40 kg/h Wasserdampf kondensieren, die aus dem Betriebswasserkreislauf abgeführt werden müssen. Im einzelnen hängt dieser Wert von der Sättigungstemperatur ab, mit der das zu fördernde Gasgemisch von der Flüssig­ keitsringpumpe angesaugt wird. Bei Sättigungskonzentration lösen diese 30 bis 40 kg/h Kondensat 60 bis 80 g/h Schwefelkohlenstoff und 90 bis 120 g/h Schwefelwasserstoff. Mit anderen Worten, wollte man zur Gasförderung mittels einer Flüssigkeitsringpumpe in den Fällen, in denen das zu fördernde Gas in nennenswertem Umfang in der Betriebs­ flüssigkeit gelöst wird, mit einer direkten Kühlung der Betriebsflüssigkeit arbeiten, müßte ein rund 60facher Verlust an Fördergas gegenüber Anlagen in Kauf genommen werden, bei denen Betriebsflüssigkeit und Kühlflüssig­ keit separat unter Zwischenschaltung eines Oberflächen­ kühlers geführt werden. Die höheren Betriebs- und Investitionskosten für die größer zu dimensionierende Flüssigkeitsringpumpe und den zusätzlichen Rückkühler sind bei einem solchen verlustmindernden Faktor dann jedoch noch immer das kleinere Übel.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Gasförderung mittels einer Flüssigkeitsringpumpe zu schaffen, bei denen die geringen Förderstromverlust­ zahlen erzielbar sind, die bei einer Trennung der Betriebs­ flüssigkeitsführung von der Kühlflüssigkeitsführung erziel­ bar sind, ohne jedoch die Nachteile dieses Verfahrens, insbesondere Überdimensionierung der Pumpe durch unzurei­ chende Kühlwasserausnutzung, in Kauf nehmen zu müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale auf, und weist eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 genannten Merkmale auf.

Mit anderen Worten, der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis und der wesentliche Anwendungsgedanke zugrunde, auch und gerade bei einer Gasförderung mittels Flüssigkeits­ ringpumpe nicht mit einer separaten Betriebsflüssigkeit zu arbeiten, sondern die Kühlflüssigkeit direkt durch das innere Pumpengehäuse zu führen, so daß die Kühlflüssigkeit selbst als Betriebsflüssigkeit dient.

Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Als eine besonders hervorzuhebende, weil anlagentechnisch einfach und betriebstechnisch praktisch wartungsfrei und zuverlässig sowie praktisch ohne nennenswerten zusätzlichen Energiekostenaufwand arbeitende vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung hat sich bewährt, die aus der Flüssigkeits­ ringpumpe austretende Kühlflüssigkeit zunächst in einem Beruhigungstank zu entlüften und dann in einen Vakuum­ entgaser zu überführen, der vom Ansaugstutzen der Flüssig­ keitsringpumpe beaufschlagt ist, so daß das aus der entlüfteten Kühlflüssigkeit im Entgaser abgezogene Förder­ gas unmittelbar wieder in die Ansaugleitung der Pumpe bzw. der Gasförderstrecke rückgeführt wird. Dabei liegen Pumpe, Entlüfter, Entgaser und Kanalablaufleitung des Entgasers vorzugsweise in einer barometrischen Schleife, die nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch einen im Entlüftungstank vorgesehenen Niveauregler geregelt ist.

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur, nämlich die

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Anlagenschaltbild einer Vorrichtung zur Gasförderung mittels Flüssigkeitsringpumpe.

In der Figur ist schematisch eine Wasserringpumpe 1 mit einer Ansaugleitung 2 und einer Druckförderleitung 2′ dargestellt. Über eine Zulaufleitung 3 wird kontinuierlich Kühlwasser in das Pumpengehäuse geleitet, das in der Pumpe 1 als Betriebsflüssigkeit dient und ebenfalls kontinuierlich nach Maßgabe des Zulaufs über die Ablaufleitung 4 abgezogen und in einen Sammelbehälter 5 überführt wird. Der Behälter 5 dient der Beruhigung und Entlüftung des aus der Pumpe ablaufenden Kühlwassers. Zu diesem Zweck ist der Tank oder Behälter 5 vorzugsweise mit einer Trennwand 6 versehen, deren Oberkante als Überströmkante dient, während die Kühl­ wasserablaufleitung 4 unterhalb der Oberkante der Trennwand 6 in den Behälter 5 mündet.

Nach dem Überströmen der Trennwand 6 wird die von mitge­ führten Luftbläschen befreite Kühlflüssigkeit über eine Rohrschleife 7 in einen Entgaser 8 überführt, der über Kopf über eine Rohrleitung 9 mit der Ansaugleitung 2 der Flüssigkeitsringpumpe 1 verbunden ist. Das im Entgaser unter dem vom Ansaugstutzen der Pumpe 1 aufgebrachten Unter­ druck freigesetzte Gas gelangt also über die Verbindungs­ leitung 9 zurück in die Gasförderstrecke 2, 2′. Dabei kann das über die Rohrleitung 7 in den Entgaserbehälter 8 eingeführte entlüftete Kühlwasser entweder durch Düsen fein zerstäubt in den Entlüftungsbehälter 8 eingedrückt werden und/oder kann alternativ oder zusätzlich im Ent­ lüftungsbehälter 8 über Rieseleinbauten an sich bekannter Bauart geführt werden. Durch all diese an sich bekannten Maßnahmen kann das Kühlwasser, das in der Pumpe gleich­ zeitig als Betriebswasser diente, auf Werte von weniger als 20 mg/l entgast werden.

Unter den bereits eingangs beispielhaft genannten Betriebs­ daten einer Ansaugleistung der Pumpe von 700 bis 800 m³/h bei einer Temperatur von ca. 30°C und einem Druck von 120 mbar und einer Kühlwassertemperatur von 20°C und einer über die Ablaufleitung 10 aus dem Entlüftungsbehälter 8 abgeführten Kühlwassermenge von 2000 l/h werden bei der in Fig. 1 gezeigten Anlage 40 g/h Schwefelkohlenstoff und ebenfalls 40 g/h Schwefelwasserstoff in den Abwasser­ tank 11 und aus diesem in die Kanalleitung 12 überführt. Mit anderen Worten, durch Verfahren und Vorrichtung der Erfindung können ohne zusätzlichen Energieaufwand bei kleinerer Pumpenbauweise und direkter Benutzung des Kühlwassers als Betriebswasser sogar geringere Förder­ gasverluste erzielt werden als dies bei der aufwendigen getrennten Führung der Betriebsflüssigkeit und der Kühl­ flüssigkeit möglich ist. Dabei wird insbesondere die Energiebilanz für die in Fig. 1 gezeigte Anlage dadurch besonders günstig, daß das aus dem Entgasungsbehälter 8 über die Fall-Leitung 10 abgeführte Kühlwasser in ein barometrisch angeordnetes Fallgefäß 11 und von dort über die Kanalleitung 12 abgeführt wird. Die Leitungen 4, 7, 10 bilden also im Grunde eine geschlossene barometrische Schleife.

Claims (10)

1. Verfahren zur Gasförderung mittels einer Flüssigkeits­ ringpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß eine kontinuierlich durch die Pumpe geführte Kühlflüssigkeit als Betriebsflüssigkeit dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pumpe verlassende Kühlflüssigkeit zur Rückgewinnung von gelöstem Fördergas vor dem Verwerfen entgast wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit nach dem Verlassen der Pumpe vor dem Entgasen entlüftet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Gegenwart des saugseitig an der Pumpe verfüg­ baren Unterdrucks entgast und das rückgewonnene Förder­ gas so in die Förderstrecke rückgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pumpe verlassende Kühlflüssigkeit über eine barometrisch angeordnete Schleife zum Entgasen geführt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsringpumpe (1) mit einem Kühlflüssig­ keitszulaufstutzen (3) und einem Kühlflüssigkeits­ ablaufstutzen (4), die sich beide in das Innere des Pumpengehäuses öffnen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen Entgaser (8), dessen Zulaufstutzen mit dem Kühlflüssigkeitsablaufstutzen der Pumpe (1) und dessen Gasabzugsstutzen (9) mit der Fördergas­ ansaugleitung (2) der Pumpe (1) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Entlüftungstank (5), der zwischen den Kühlflüssigkeitsablaufstutzen (4) der Pumpe (1) und den Zulaufstutzen (7) des Entgasers einge­ schaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeitsablaufstutzen (4) der Pumpe, der Entlüftungstank (5) und der Entgaser (8) in einer barometrischen Schleife (4, 7, 10) liegen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, gekennzeichnet durch eine dem Entlüftungstank (5) und dem Zulaufstutzen des Entgasers (8) direkt verbindende Leitung (7) und durch einen Niveauregler (6), der den Flüssig­ keitsstand im Entlüftungsbehälter auf konstanter Höhe hält.