DE3533017C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Flüssigkeitspumpe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich von den bereits bekannten Verfahren zur Gasförderung mittels Flüssigkeits­ ringpumpen dadurch, daß

• 1) unmittelbar die Kühlflüssigkeit als Be­ triebsflüssigkeit verwendet wird und
• 2) die die Pumpe verlassende Kühlflüssig­ keit im Vakuum entgast und anschließend verworfen wird.

Bei bekannten Aggregaten (vgl. ELMO-Produktreihe der Firma Siemens AG, Siemens-Zeitschrift, 44. Jahrgang, Juni 1970, Heft 6, S. 387 bis 392, Druckschrift 1) andererseits sind je ein getrennter Kühlwasser- und Betriebswasserkreislauf erforderlich. Das Betriebswasser kann also nicht ver­ worfen werden. Es wird außerdem kompressionsseitig, d.h. nicht im Vakuum entgast mit der Konsequenz, daß die Ent­ gasung unvollständig ist. In Fig. 3 von Druckschrift 1 (Bild 3) ist die kompressionsseitige Trennung von ge­ fördertem Gas und Betriebsflüssigkeit im Abscheidebehälter 5 zu erkennen. Weiter erkennt man, daß das im Abscheidebe­ hälter gesammelte Betriebswasser mittels einer Druck­ erhöhungspumpe 7 durch den Wärmeaustauscher 8 in die ELMO- Vakuumpumpe zurückgeführt wird.

Ein wesentlicher Nachteil des ELMO-Aggregates ist, daß die Trennung von gefördertem Gas und Betriebsflüssigkeit im Abscheidebehälter nur unvollkommen ist. Die Betriebs­ flüssigkeit kann daher nicht verworfen werden, sondern muß im Kreislauf unter Zwischenhaltung eines Kühlers ge­ führt werden. Die Installation und der Betrieb eines solchen Kühlers verursacht jedoch Kosten. Außerdem kann die Be­ triebsflüssigkeit nicht auf die Temperatur des Kühlwassers heruntergekühlt werden, da der Wärmeübergang zwischen Kühl­ wasser und Betriebsflüssigkeit einen ausreichend großen Temperaturgradienten erfordert. Ein ausreichender Wärme­ übergang zwischen Kühlflüssigkeit und Betriebsflüssigkeit setzt eine Temperaturdifferenz von etwa 5 bis 10°C zwischen den beiden Medien voraus.

Damit wird aber die Leistung der Pumpe um etwa 8 bis 10% geringer, als sie es sein könnte, wenn es möglich wäre, das Kühlwasser als Betriebswasser zu nutzen und auf den Betriebswasserkreislauf zu verzichten.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeich­ net ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Flüssigkeits­ ringpumpe so zu betreiben und zu gestalten, daß weder ein Oberflächenkühler erforderlich ist, noch durch Absorption in der zu verwerfenden Flüssigkeit verursachte Fördergasverluste in beachtlichem Umfang in Kauf zu nehmen sind.

Gerade dies aber ermöglicht die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Anmeldung. Die die Pumpe verlassende Kühlflüssigkeit wird nämlich von gelöstem Fördergas im Vakuum, vorzugsweise auf der Ansaugseite der Flüssigkeitsringpumpe, entgast. Da die Entgasung im Vakuum praktisch vollständig ist, kann die die Pumpe verlassende Kühlflüssigkeit verworfen werden, ohne daß befürchtet werden muß, daß nennenswerte Mengen des zu fördernden Gases verloren gehen oder die Kühlflüssig­ keit kontaminieren.

Das vorliegende Verfahren unterscheidet sich vom Stand der Technik also darin, daß auf die Rückführung des Betriebswassers verzichtet wird und daß das mit den zu fördernden Gasen praktisch gesättigte Kühlwasser nach­ träglich in einer Entgasungsstufe im Vakuum praktisch vollständig entgast wird.

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

Die Erfindung ermöglicht es, die Pumpenaggregate etwa 10% kleiner auszuführen bei gleicher Leistung und mit nahezu der Hälfte der bisherigen Anschaffungs­ kosten, da auf den Kühlkreislauf sowie die Vorrichtung und Steuermittel für die Rückführung des Betriebs­ wassers verzichtet werden kann.

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

Als eine besonders hervorzuhebende, weil anlagen­ technisch einfach und betriebstechnisch praktisch wartungsfrei und zuverlässig sowie praktisch ohne nennens­ werten zusätzlichen Energiekostenaufwand arbeitende vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung hat sich be­ währt, die aus der Flüssigkeitsringpumpe austretende Kühlflüssigkeit zunächst in einem Beruhigungstank zu entlüften und dann in einen Vakuumentgaser zu über­ führen, der vom Aussaugstutzen der Flüssigkeitsringpumpe beaufschlagt ist, so daß das aus der entlüfteten Kühlflüssigkeit im Entgaser abgezogene Fördergas unmittel­ bar 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 Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur in schematischer Dar­ stellung das Anlagenschaltbild einer Vorrichtung zur Gasförderung mittels Flüssigkeitsring­ pumpe.

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 Ablauf­ leitung 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, deren Oberkante als Überströmkante dient, und einem Entlüftungsrohr 5′ versehen, während die Kühlwasserablaufleitung 4 unterhalb der Oberkante der Trennwand 6 in den Behälter 5 mündet.

Nach dem Überströmen der Trennwand 6 wird die von mitgeführten 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 Unterdruck freigesetzte Gas gelangt also über die Verbindungsleitung 9 zurück in die Gasförderstrecke 2, 2′. Dabei kann das über die Rohr­ leitung 7 in den Entgaserbehälter 8 eingeführte entlüftete Kühlwasser entweder durch Düsen fein zer­ stäubt in den Entlüftungsbehälter 8 eingedrückt werden und/oder kann alternativ oder zusätzlich im Entlüftungsbehälter 8 über Rieseleinbauten an sich bekannter Bauart geführt werden. Durch all diese an sich bekannten Maßnahmen kann das Kühlwasser, das in der Pumpe gleichzeitig als Betriebswasser dient, auf Werte von weniger als 20 mg/l entgast werden.

Ein Beispiel aus der Praxis möge dies erläutern:

Ein aus der Zellstoffabrikation stammendes Spinnbad soll in einem Behälter im Vakuum entgast werden. Dabei werden als Gase hauptsächlich Schwefelwasserstoff und Schwefel­ kohlenstoff freigesetzt. Diese Gase werden mittels einer Wasserringpumpe mit einer Ansaugleistung von 700 bis 800 m³/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 erforderlich. Unter den angenommenen Betriebsbedingungen löst ein solcher Kühlwasserstrom bei Sättigung rund 4 kg/h Schwefelkohlenstoff und rund 6 kg/h Schwefelwasser­ stoff. Es ist ersichtlich, daß ein solcher Fördergas- Verluststrom nicht nur im Hinblick auf den Fördergas­ verlust, sondern auch im Hinblick auf die Kühlwasser­ aufbereitung untragbar ist. Trotz der vorstehend be­ schriebenen Nachteile einer Trennung des Betriebs­ flüssigkeitskreises und des Kühlwasserkreises durch einen Oberflächenkühler spricht die Stoffbilanz für den Einsatz dieses zuletzt genannten Verfahrens. Unter gleichen Betriebsparametern und gleicher, aber über einen Oberflächenkühler aufgebrachter Kühl­ leistung 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 Flüssigkeitsringpumpe an­ gesaugt wird. Bei Sättigungskonzentration lösen diese 30 bis 40 kg/h Kondensat 60 bis 80 g/h Schwefel­ kohlenstoff 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.

Unter den bereits oben angeführten beispielhaften Be­ triebsdaten 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 Abwassertank 11 und aus diesem in die Kanalleitung 12 überführt. Mit anderen Worten, durch Verfahren und Vorrichtung der Er­ findung können ohne zusätzlichen Energieaufwand bei kleinerer Pumpenbauweise und direkter Benutzung des Kühlwassers als Betriebswasser sogar geringere Fördergasverlustwerte erzielt werden als dies bei der aufwendigen getrennten Führung der Betriebsflüssigkeit und der Kühlflüssigkeit möglich ist. Dabei wird ins­ besondere die Energiebilanz für die in Fig. 1 gezeigte Anlage dadurch besonders günstig, daß das aus dem Entgasungsbehälter 8 über die Fall-Leitung 10 abge­ führte 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 (vergl. hierzu W.R.A. Vauck und H.A. Müller, "Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik", 4. Auf­ lage, 1974, S. 468 und 469, T. Steinkopff, Dresden).

Claims (6)

1. Verfahren zum Betreiben einer Flüssigkeitsringpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß die die Pumpe verlassene Flüssigkeit vor dem Ver­ werfen zur Rückgewinnung von gelöstem Förder­ gas unter Unterdruck entgast wird und das so rück­ gewonnene Fördergas vor der Pumpe in die Gasförder­ strecke rückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit nach dem Verlassen der Pumpe und vor dem Entgasen unter Umgebungsdruck entlüftet wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einer Flüssigkeits­ ringpumpe, gekennzeichnet durch einen Entgaser (8), dessen Zulauf mit dem Flüssigkeits­ ablauf der Pumpe (1) und dessen Gasabzug (9) mit der Ansaugleitung (2) der Pumpe (1) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen an sich bekannten Abscheider (5), der zusätzlich zwischen den Flüssigkeitsablauf (4) der Pumpe (1) und den Zulauf (7) des Entgasers (8) eingeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsablauf (4) der Pumpe (1), der Abscheider (5) und der Entgaser (8) in einer barometrischen Schleife (4, 7, 10) liegen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine den Abscheider (5) und den Zulauf des Entgasers (8) direkt verbindende Leitung (7) und durch einen Niveauregler (6), der den Flüssigkeitsstand im Ab­ scheider (5) auf konstanter Höhe hält.