DE3928339C2 - Reinigungsverfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen an den Innenflächen von Einrichtungen, insbesondere von Produktionseinrichtungen, durch Hin­ durchschicken einer Schockwelle durch das Innere der zu reinigenden Einrichtung. Dabei wird die Schockwelle durch Zündung eines explosiblen Gasgemisches erzeugt.

Verkrustungen der Innenflächen von Produktionseinrich­ tungen sind ein häufiges Problem. In vielen Fällen ent­ stehen diese Verkrustungen durch ein Anwachsen von an den Innenflächen haftenden Ablagerungen oder Partikeln. Im allgemeinen verringern Verkrustungen den Wirkungs­ grad der jeweiligen Produktionseinrichtung. Daher ist eine Reinigung der Innenflächen zur Aufrechterhaltung des maximalen Wirkungsgrades der Produktionseinrichtung erforderlich.

Ein bekanntes Reinigungsverfahren verwendet Druckimpul­ se zum Ablösen von Ablagerungen. Die Reinigung mittels Druckimpulsen erfolgt, indem die etwaige Ablagerungen tragende Fläche zunächst einem sehr hohen und danach einem sehr viel geringeren Druck ausgesetzt wird. Der Druckunterschied verursacht eine Ausdehnung der Ablage­ rungen und deren Ablösung von der Fläche. Um die Innen­ flächen einer Produktionseinrichtung zu reinigen, muß sich der Druckimpuls nach Art einer Druckwelle durch die Einrichtung bewegen.

Ein Reinigungsverfahren der eingangs genannten Art ist aus US-PS 4 089 702 (bzw. aus der dazu korrespondieren­ den DE-OS 25 56 557) bekannt. Gemäß dem bekannten Ver­ fahren werden zum Ablösen von Teilchen, wie beispiels­ weise Sand und Oberflächenverunreinigungen, von Innen­ flächen insbesondere metallischer Gegenstände, wie vor­ zugsweise Gußteile, sämtliche nach außen führende Öff­ nungen des zu reinigenden Gegenstandes verschlossen, so daß der Gegenstand mit explosiblem Gas befüllt werden kann. Durch Zündung des explosiblen Gases entsteht im Innern des Gegenstandes eine Detonation, die derart große Erschütterungen des Gegenstandes verursacht, daß sich die abzulösenden Teilchen und Partikel von den Innenflächen des Gegenstandes lösen. Bei der Detonation öffnen sich die nach außen führenden Öffnungen, wobei die abgelösten Teilchen und Partikel zum Teil aus dem Gegenstand heraus nach außen abgeführt werden. Nach­ teilig bei dem bekannten Verfahren ist, daß die zu reinigende Einrichtung während des Reinigungsvorganges nicht bestimmungsgemäß gebraucht werden kann. So muß beispielsweise eine Produktionseinrichtung, wie bei­ spielsweise ein Wärmetauscher, abgeschaltet werden, um nach dem bekannten Verfahren gereinigt zu werden. Bei größeren Einrichtungen ist überdies eine abschnitts­ weise Abschottung einzelner Teile der Produktionsein­ richtung notwendig, um die einzelnen Abschnitte der Produktionseinrichtung gegeneinander abzudichten und das Füllen der einzelnen Abschnitte mit explosiblem Gas zu ermöglichen. Dazu sind Ventile und/oder andere Ab­ schottungseinrichtungen erforderlich.

US-PS 4 642 611 offenbart ein Gerät zum Erzeugen von Schallwellen durch Zündung eines Gases. Dieses Gerät ist jedoch zur Verwendung bei der Reinigung von Produk­ tionseinrichtungen nachteilig. Die Patentschrift lehrt das "akustische" Reinigen von Einrichtungen durch Er­ zeugen einer lauten Resonanzfrequenz, welche den zu reinigenden Teil der Einrichtung in Schwingungen ver­ setzt oder erschüttert. Die Schwingungen oder das Er­ schüttern der Einrichtung verursachen die Ablösung von Partikeln von den Innenflächen der Einrichtung. Nach diesem Verfahren ist diese Resonanzfrequenz ein im wesentlichen kontinuierlicher Ton. Das Schwingungs­ reinigungsverfahren ist jedoch zur Reinigung großer Teile von Produktionseinrichtungen nachteilig oder un­ geeignet. Überwiegend sind nämlich große Teil von Pro­ duktionseinrichtungen starr und unbeweglich befestigt, was es schwierig macht, diese Einrichtungen in Schwin­ gungen zu versetzen. Darüber hinaus würde ein großes Einrichtungsteil die Erzeugung eines extrem lauten Tones zur Einleitung von Schwingungen zur Reinigung nach dem bekannten Verfahren erfordern. Dieser konti­ nuierliche Ton wäre für sich in der Nähe der zu reini­ genden Einrichtung aufhaltende Menschen unangenehm und/ oder gefährlich. Nach dem Verfahren ist vorgesehen, daß vor dem Beginn der Reinigung jeglicher von dem zu reinigenden Produktionseinrichtungsteil durchgeführter Arbeitsgang unterbrochen oder beendet werden muß.

Aus DE-AS 27 25 045 ist ein Verfahren zum Reinigen eines Wärmetauschers bekannt, dessen Rohre von heißen Verbrennungsgasen durchströmt werden. Die Rohre sind von einem Kühlmedium umströmt. In dem heißen Verbren­ nungsstrom wird kurz vor dem Einlassen der Rohre Wasser eingespritzt, das verdampft und als Druckwelle die Rohre durchströmt, um an den Innenflächen haftende Ablagerungen abzulösen. Diese Reinigung der Rohr- Innenflächen erfolgt während des normalen Betriebs des Wärmetauschers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ablösen von Ablagerungen von den Innenflächen einer Einrichtung und zum Entfernen dieser Ablagerungen aus der Einrichtung zu schaffen, die eingesetzt und verwendet werden können, ohne daß die zu reinigende Einrichtung nennenswert verändert zu werden braucht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst; die Merkmale vorteilhafter Aus­ gestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der Erfindung wird sinngemäß vorgeschlagen, durch externe, d. h. außerhalb der zu reinigenden Einrichtung erfolgende Detonation eines explosiblen Gasgemisches eine Schockwelle zu erzeugen und diese Schockwelle dem Innern der Einrichtung von außen zuzuführen und an den zu reini­ genden Innenflächen entlang zu führen, wobei die Schock­ welle zum Zeitpunkt ihres ersten Kontakts mit den zu reinigenden Innenflächen der Einrichtung Überschallge­ schwindigkeit aufweist. Die sich dabei ablösenden Ablage­ rungen werden von einer die Einrichtung kontinuierlich durchziehenden Gasströmung aus dem Innern der Einrichtung heraustransportiert.

Nach der Erfindung ist vorgesehen, in einer Kammer, die nicht Bestandteil der zu reinigenden Einrichtung ist, jedoch mit dem Innern der Einrichtung (strömungsmäßig) verbunden ist, ein explosibles Gas zur Detonation zu bringen. Infolge dieser Detonation entsteht in der Kammer eine Schockwelle, die dem Innern der Einrichtung über die Verbindung zwischen Kammer und Einrichtung zugeführt wird. Infolge von in der Kammer entstehenden Turbulenzen ist die Geschwindigkeit der Schockwelle derart groß, daß sie bei ihrem ersten Kontakt mit den Innenflächen der Einrichtung Überschallgeschwindigkeit aufweist. Die Schockwelle durchläuft die gesamte zu reinigende Einrich­ tung, wobei sie sich nach Art eines Schockwellenimpulses in der Einrichtung ausbreitet. Aufgrund der innerhalb kürzester Zeit extrem großen Druckunterschiede, denen die Ablagerungen an den Innenflächen der Einrichtung ausge­ setzt werden, losen sich diese ab. Zum Abtransport der abgelösten Ablagerungen aus der Einrichtung wird diese von einem Gasstrom durchzogen, bei dem es sich vorzugs­ weise um den die Einrichtung bei deren Betrieb durch­ strömenden (Prozeß-) Gasstrom handelt.

Der Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß zur Reinigung der Einrichtung an dieser keine nennenswerten Veränderungen sowohl konstruktiver Art als auch in Bezug auf den Betrieb der Einrichtung während des Reinigungsprozesses vorzunehmen sind. Dies hat seine Ursache darin, daß die Schockwelle nicht durch eine innerhalb der zu reinigenden Einrichtung erfolgende Gas­ explosion sondern durch externe Detonation eines außer­ halb der Einrichtung befindlichen Gasgemisches erfolgt. Die rein konstruktive Veränderung der zu reinigenden Einrichtung besteht darin, daß eine Verbindung zwischen der Kammer, in der die Gasexplosion erfolgt, und dem zu reinigenden Innern der Einrichtung hergestellt werden muß. Bezüglich des Betriebs der Einrichtung während des Reinigungsprozesses ändert sich überhaupt nichts, da die Einrichtung auch während des Reinigungsprozesses wie zuvor gasdurchströmt bleibt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen näher be­ schrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine externe Gas­ explosionsvorrichtung zur Erzeugung einer der in die reinigende Einrichtung einzuleitenden Überschall-Schockwelle,

Fig. 2 eine graphische Darstellung der Zeitsteuerungs­ sequenz zum Laden der Vorrichtung mit explosib­ lem Gas und zum Zünden des Gases und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer elektri­ schen Schaltung zur Erzeugung der Zeitsteue­ rungssequenz gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt die Gasexplosionsvorrichtung, die in der dargestellten Ausführungsform eine an einem Ende offene Kammer 12 aufweist, die normalerweise ein Zylinder oder ein Rohr ist. Die Kammer 12 enthält eine Schraubenfeder 14. Am geschlossenen Ende ist die Kammer 12 an dem Rohr 10 befestigt. Ein kontinuierlicher Luftstrom oder ein Strom von mit Sauerstoff angereicherter Luft strömt in der durch die Pfeile angegebenen Richtung durch das Rohr 10 in die Kammer 12. Ein Rohr 22 ist mit dem Rohr 10 mittels eines "T"-Verbindungsstücks 32 verbunden. Das andere Ende des Rohres 22 ist mit einem Tank 26 verbunden, der explosibles Gas enthält. Ein Elektromag­ netventil 24 kann zur Regelung des Stromes des explosib­ len Gases aus dein Tank 26 durch das Rohr 22 in das "T"- Verbindungsstück 32 geöffnet und geschlossen werden. Ist das Ventil 24 geöffnet, strömt explosibles Gas aus dem Tank 26 durch das Rohr 22 in das "T"-Verbindungs­ stück 32. In dem "T"-Verbindungsstück 32 wird das Gas mit der Luft oder der mit Sauerstoff angereicherten Luft vermischt, um ein explosibles Gas-Luft-Gemisch zu bilden. Dieses Gas-Luft-Gemisch wird von dem kontinu­ ierlichen Luftstrom im Rohr 10 in die Kammer 12 getra­ gen. Über die Drähte 30 ist das Magnetventil 24 elek­ trisch mit dem Zeitgeber 20 verbunden. Der Zeitgeber 20 steuert die Zeitspanne, in der das Ventil 24 geöffnet oder geschlossen ist, wodurch die Menge des in das "T"- Verbindungsstück 32 eintretenden explosiblen Gases und damit auch die Menge des explosiblen Gases in dem Gas- Luft-Gemisch, das in die Kammer 12 eintritt, geregelt wird. Nachdem das Ventil 24 über einen vorbestimmten Zeitraum geöffnet war, wird das Gas-Luft-Gemisch in der Kammer 12 durch das Zündmittel 16 gezündet, wodurch eine Gasexplosions-Scbockwelle erzeugt wird, die sich aus dem offenen Ende der Kammer 12 bewegt. Das Zündmit­ tel 16 kann eine Zündkerze oder ein anderes zur Zündung des Gas-Luft-Gemischs geeignetes Mittel sein. Das Zünd­ mittel 16 ist über Drähte 34 elektrisch mit dem Trans­ formator 18 verbunden. Der Transformator 18 ist über Drähte 36 elektrisch mit dem Zeitgeber 20 verbunden. Der Zeitgeber 20 steuert den Zeitraum in dem das Zünd­ mittel 16 zündet oder nicht zündet, sowie die Dauer der Öffnung und des Verschlusses des Ventils 24.

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Zeitgebungs­ sequenz des Zeitgebers 20 zum öffnen des Ventils 24 und zum Zünden des Zündmittels 16. Im allgemeinen ist das Ventil 24 über einen Zeitraum geöffnet, der es ermöglicht ein explosibles Gas-Luft-Gemisch zu bilden, das zur Erzeugung einer Schockwelle mit dem gewünschten Reini­ gungseffekt gezündet wird. Das Zündmittel 16 beginnt kurz vor dem Ende der Öffnungszeit des Ventils 24 mit der Zündung und setzt den Zündvorgang über den Verschluß­ zeitraum des Ventils 24 fort. Im allgemeinen zündet das Zündmittel 16 für die Dauer eines Zeitraums, der zur Zündung des gesamten in der Kammer 12 befindlichen Gas-Luft-Gemischs ausreicht. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist dieser Zündzeit­ raum wesentlich kürzer als der Öffnungszeitraum des Ventils.

Zum Reinigen eines Teiles einer Produktionseinrichtung wird die Kammer 12 mit der Schraubenfeder 14, dem Zünd­ mittel 16, den daran befindlichen Drähten 34 und dem an der Kammer 12 angebrachten Rohr 10 an dem zu reinigen­ den Einrichtungsteil angebracht. Das "T"-Verbindungs­ stück 32 mit dem daran befestigten Rohr 22 kann inner­ halb oder außerhalb des zu reinigenden Einrichtungs­ teils angeordnet sein. Der Gastank 26, das Ventil 24, der Transformator 18 und der Zeitgeber 20 sind im all­ gemeinen außerhalb des zu reinigenden Einrichtungsteils angeordnet. In dieser Anordnung verläuft die Arbeits­ weise der Kammer wie folgt: Das Ventil 24 öffnet, um es dem explosiblen Gas zu ermöglichen vom Tank 26 durch das Rohr 22 in das "T"-Verbindungsstück 32 zu gelangen. Das explosible Gas wird in dem "T"-Verbindungsstück 32 zur Bildung eines explosiblen Gas-Luft-Gemischs mit durch das Rohr 10 strömender Luft oder mit durch Sauer­ stoff angereicherter Luft vermischt. Dieses Gas-Luft- Gemisch wird von der durch das Rohr 10 strömenden Luft in die Kammer 12 getragen. Nachdem das Gas-Luft-Gemisch die gesamte Kammer 12 gefüllt hat, beginnt das Zündmit­ tel 16 zu zünden. Das Ventil 24 schließt, während das Zündmittel 16 noch zündet. Bei Zündung des Zündmittels 16 explodiert das explosible Gas-Luft-Gemisch, wobei eine Explosionswelle erzeugt wird. Diese Welle bewegt sich aus dem offenen Ende der Kammer 12 und hat beim ersten Kontakt mit dem zu reinigenden Einrichtungsteil Überschallgeschwindigkeit. Die Welle setzt sich an­ schließend durch das zu reinigende Einrichtungsteil fort. Die Bewegung der Welle durch das Einrichtungsteil löst Ablagerungen und Partikel von den Innenwänden der Einrichtung. Diese Ablagerungen und Partikel werden von der durch die Kammer 12 und die Einrichtung strömenden Prozeßströmung davongetragen. Der kontinuierliche Luft­ strom entfernt vor der neuerlichen Öffnung des Ventils ebenfalls alle in der Kammer 12 verbleibenden Verbren­ nungsprodukte.

Wie zuvor dargestellt, ist es ein wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß der gesamte beschriebene Reinigungs­ prozeß gleichzeitig mit dem von der Produktionseinrich­ tung durchgeführten normalen Arbeitsgang ausgeführt werden kann, wodurch die Einrichtung während des Be­ triebs kontinuierlich gereinigt wird.

Ein weiterer Vorteil ist es, daß der Zeitgeber 20 eine Veränderung der Zeitgebungssequenzen für das Öffnen und Schließen des Ventils 24 und für das Zünden des Zündmit­ tels 16 ermöglicht, wodurch die Zeitintervalle zwischen den Explosionen verändert werden. Somit kann die Erfin­ dung je nach Bedarf optimal eingestellt werden, um eine optimale Reinigung verschiedener Teile einer Produktions­ einrichtung zu erzielen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein monolithischer elektronischer Zeitgeber zum Öffnen und Schließen und zum Zünden des Zündmittels verwendet. Dieser elektronische Zeitgeber hat gegenüber dem mecha­ nischen Zeitgeber eine Vielzahl von Vorteilen. Zunächst ermöglicht der elektronische Zeitgeber eine größere Genauigkeit in der Synchronisierung des Ventils und des Zündmittels und ermöglicht damit eine bessere Kontrolle über die Gasexplosion. Zweitens ermöglicht der elektro­ nische Zeitgeber die Reduzierung der Zünddauer des Zünd­ mittels auf den Bruchteil einer Sekunde. Die Reduzie­ rung der Zünddauer hat den großen Vorteil, daß sie eine geringere Abnutzung des Zündmittels verursacht und so­ mit dessen Lebensdauer erhöht. Drittens ermöglicht der elektronische Zeitgeber eine genauere Kontrolle über die Menge des in die Kammer eingelassenen Gases, wo­ durch eine bessere Kontrolle über die von der Explosion erzeugte Kraft möglich ist.

Andere Vorteile der Erfindung werden aus der Beschrei­ bung des folgenden Beispiels deutlich.

Die Erfindung wurde verwendet, um, wie im folgenden beschrieben, einen in chemischen Prozessen verwendeten Wärmetauscher zu reinigen. Eine Kammer wurde aus einem 243,84 cm (8 feet) langen Rohr von 5,08 cm (2 inch) Durchmesser hergestellt, indem eine 101,60 cm (40 inch) lange Schraubenfeder mit einer Steigung von 1,905 cm (0,75 inch) in das Rohr eingesetzt wurde. Nahe einem Ende des Rohres wurde ein Loch gebohrt und mit einem Gewinde versehen, in das eine Zündkerze eingesetzt wur­ de. Drähte wurden an der Zündkerze befestigt und die Zündkerze wurde über die Zündkerzendrähte mit einem Transformator elektrisch verbunden. Das von der Zünd­ kerze entfernt liegende Ende der Kammer wurde durch eine Öffnung in der Wand eines Wärmetauschers vom Flammrohr-Typ im wesentlichen koaxial in den Wärme­ tauscher eingesetzt. Der die Verbindung zwischen der Kammer und dem Wärmetauscher umgebende Bereich wurde anschließend abgedichtet, um ein Entweichen von Gas aus dem Wärmetauscher zu verhindern.

Das der Zündkerze nahe Ende der Kammer wurde an einem zweiten Rohr befestigt, das über ein "T"-Verbindungs­ stück mit einem dritten Rohr verbunden wurde. Das von dem "T"-Verbindungsstück abseitig gelegene Ende des zweiten Rohres war derart ausgebildet, daß es ein zwangsweises Einleiten von Umgebungsluft in das Rohr ermöglichte, um einen kontinuierlichen durch das zweite Rohr und das "T"-Verbindungsstück in die Kammer strö­ menden Luftstrom zu erzeugen. Das Ende des dritten Roh­ res wurde mittels eines Ventils mit einem Methangas enthaltenden Tank verbunden.

Sowohl der Transformator, als auch das Ventil wurden über Drähte mit einem monolithischen elektronischen Zeitgeber elektrisch verbunden. Ein Schema der elek­ trischen Schaltung ist in Fig. 3 dargestellt. Der Zeit­ geber wurde derart eingestellt, daß er das Ventil alle vier Sekunden für zwei Sekunden öffnete, und daß er die Zündkerze veranlaßte, entsprechend der in Fig. 2 dar­ gestellten Zeitgebungssequenz alle vier Sekunden für 0,5 Sekunden zu zünden.

Zum Betrieb der Vorrichtung wurde dem Zeitgeber, dem Transformator und dem Ventil Strom zugeführt. Durch Öffnen des Ventils strömte Methan in das "T"-Verbin­ dungsstück, vermischte sich mit Luft und gelangte als Gas-Luft-Gemisch in die Kammer. Das Gas-Luft-Gemisch wurde sodann mittels der Zündkerze gezündet, um eine Explo­ sionsschockwelle zu erzeugen, die sich aus der Kammer durch den Wärmetauscher bewegte. Während sich die Welle durch den Wärmetauscher bewegte, löste sie Partikel und Ablagerungen von den Wänden des Wärmetauschers. Die abgelösten Partikel und Ablagerungen wurden von der durch den Wärmetauscher strömenden Prozeßströmung und dem durch die Kammer und durch den Wärmetauscher strö­ menden kontinuierlichen Luftstrom aus dem Wärmetauscher entfernt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Ablösen und Entfernen von Ablagerun­ gen an den Innenflächen von Einrichtungen, insbe­ sondere Produktionseinrichtungen, bei dem

• - in einer von den zu reinigenden Innenflächen der Einrichtung getrennten, mit dem Innern der Ein­ richtung verbundenen Kammer (12) eine Schock­ welle erzeugt wird,
• - die Schockwelle zum Ablösen von Ablagerungen von den Innenflächen der Einrichtung an diesen ent­ lang gerichtet wird, und zwar mit Überschallge­ schwindigkeit beim ersten Kontakt der Schockwel­ le mit den Innenflächen der Einrichtung, und
• - die abgelösten Ablagerungen von einer das Innere der Einrichtung kontinuierlich durchziehenden Gasströmung heraustransportiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich Schockwellen in der Kammer (12) erzeugt und entlang den Innenflächen der Einrich­ tung gerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Einrichtung ein Wärmetauscher ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gasströmung eine die Einrichtung während des Ablösens von Ablagerungen durchströmende Prozeßgasströmung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schockwelle durch Zünden eines in die Kammer (12) eingelassenen explosiblen Gasgemisches und durch Verursachen von Turbulenzen in der Kammer (12) erzeugt wird.