DE4313574A1 - Verfahren zur Abscheidung von Kondensat aus Hochdruckluft - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Kondensat aus Hochdruckluft mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Hochkomprimierte atmosphärische Luft wird beispielsweise bei der Offshore-Exploration mit Hilfe von Seismic-Schiffen in großen Mengen als Energieträger zur Betätigung von Schallsendern benötigt, die während des Betriebes von Meerwasser umspült werden und periodisch seismische Erregersignale auf den Meeresboden abgeben. Dazu wird atmosphärische Luft in ölgeschmierten Hochdruckkompressoren mehrstufig verdichtet. Die Kompressionswärme wird meist indirekt - über einen seewassergekühlten Frischwasserkreislauf - abgeführt. Der Wasserdampf- und der Öldampfgehalt der Hochdruckluft nach der letzten Kompressorstufe sind durch die erreichte Kühlendtemperatur des Nachkühlers festgelegt. Als eine Folge der unvermeidbaren Temperaturdifferenz zum Seewasser kühlt sich die Hochdruckluft in den zu den Schallsendern führenden und von Seewasser umspülten Leitungen ab. Entsprechend den Dampfdruckkurven von Wasser- und Öldampf kondensiert ein Teil der Dämpfe in den Leitungen und bildet ein Flüssigkeitskondensat in dem System. Das Kondensat sammelt sich in den Zuführleitungen und den Schallsendern, wodurch die mechanisch betätigten Elemente verkleben und verschmutzen. Weiterhin können die inkompressiblen Kondensattropfen die Schallsignale unerwünscht beeinflussen. Um einen einwandfreien Betrieb aufrechtzuhalten, müssen die Zuleitungen und die Schallsender regelmäßig von den Wasser/Öl/Gemisch gereinigt werden, was wegen der langen Leitungen (von mehreren hundert Metern) und der zahlreichen Schallsender (von 6 bis 18 Stück) mit einem großen Aufwand verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leitungen, die von hochkomprimierter Luft durchströmt und einer niedrigeren Umgebungstemperatur ausgesetzt sind, von Kondensat frei zu halten.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der Kerngedanke der Erfindung ist die Abkühlung der Hochdruckluft in einer "Kondensatfalle" auf Temperaturen unterhalb der jeweiligen Seewassertemperatur mit Hilfe von an Bord des Seismic-Schiffes verfügbarem Kaltwasser aus der üblicherweise vorhandenen Klimaanlage. Auf diese Weise werden Wasserdampf- und Öldampf-Taupunkte unterhalb der aktuellen Seewassertemperatur erreicht, so daß stromab des letzten Wärmetauschers kein Kondensat ausfallen kann. Das Verfahren ist sowohl bei ölgeschmierten als auch bei ölfreien Kompressoren anwendbar.

Mehrere Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 verschiedene Schaltungen einer Kompressoranlage mit Kondensatfallen und

Fig. 4 ein Diagramm zur Darstellung der Taupunkt-Situation.

Auf einem der Offshore-Exploration dienenden Seismic-Schiff ist eine Hochdruckkompressoranlage zur Erzeugung von Hochdruckluft installiert. Die Kompressoranlage kann ein- oder mehrsträngig sein und enthält mehrere Kompressorstufen 1, hinter denen jeweils ein Kühler 2 mit einem nachgeschalteten oder integrierten Kondensatabscheider 3 angeordnet ist. In der Zeichnung ist nur die letzte Stufe der Hochdruckkompressoranlage dargestellt. Als Niederdruckstufe wird hier häufig ein ölgeschmierter Schraubenkompressor verwendet. Für die Mittel- und Hochdruckstufen werden meist geschmierte oder trockenlaufende Kolbenkompressoren eingesetzt. Die in einer derartigen Hochdruckkompressoranlage erzeugte Hochdruckluft weist gemäß der Kurve A in Fig. 1 z. B. bei einer Seewassertemperatur von 32°C entsprechend der Kühlwassertemperatur (Frischwasserkreislauf mit etwa 40°C) einen Drucktaupunkt von etwa 50°C auf.

Hinter der letzten Kompressorstufe 1 ist ein als Nachkühler dienender Wärmetauscher 4 angeordnet, der von Kaltwasser als Kühlmedium durchströmt wird. Das Kaltwasser wird in einer sich an Bord des Schiffes befindlichen Klimaanlage erzeugt und auf Temperaturen zwischen 2°C und 6°C eingestellt werden. Dem Wärmetauscher 4 ist ein Kondensatabscheider 5 nachgeschaltet, der durch eine Kondensatableitung 6 entleert werden kann. Aufgrund der Temperaturabsenkung fällt in dem Wärmetauscher 4 Öl- und/oder Wasserdampf aus, der über den Kondensatabscheider 5 aus dem Hochdruckluftstrom abgeschieden wird. Die auf diese Weise getrocknete Hochdruckluft wird über Leitungen 7 einem Verbraucher zugeführt, im vorliegenden Fall Schallsendern. Die Temperatur des Kaltwassers und die Kühlleistung des Wärmetauschers 4 sind so bemessen, daß die tiefste erreichte Temperatur der Hochdruckluft unter der Temperatur am Ort des Verbrauchers, das heißt an den von Seewasser umspülten Leitungen und Schallsendern liegt. Ist das der Fall, dann kann kein Kondensat in den Schallsendern und den zu ihnen führenden Leitungen ausfallen.

Um die von der Klimaanlage für den Betrieb des Wärmetauschers 4 aufzubringende Kälteleistung zu verringern, wird gemäß der in Fig. 2 dargestellten Schaltung die die Kompressoranlage verlassende Hochdruckluft in einem dem Wärmetauscher 4 vorgeschalteten Economizer 8 (Temperaturwechsler) vorgekühlt. Als Kühlmedium für diesen Economizer 8 wird Hochdruckluft verwendet, die in dem Wärmetauscher 4 bereits gekühlt und getrocknet worden ist. Der Taupunkt der Hochdruckluft wird durch die Temperaturerhöhung im Economizer 8 nicht verschlechtert, da sich der Feuchtigkeitsanteil nicht ändert und der Taupunkt durch den absoluten Feuchtigkeitsanteil definiert ist, wie er in dem Wärmetauscher 4 und in dem nachfolgenden Kondensatabscheider 5 bei der tiefsten erreichten Temperatur eingestellt worden ist.

In den Leitungen 7 und den Schallsendern kann kein Kondensat ausfallen.

Eine weitere Herabsenkung der Kälteleistung der Klimaanlage wird gemäß Fig. 3 dadurch erreicht, daß dem Economizer 8 ein Vorkühler 9 zur weiteren Vorkühlung der die Kompressoranlage verlassenden Hochdruckluft vorgeschaltet ist. Dieser Vorkühler 9 wird direkt mit Seewasser als Kühlmedium betrieben.

Die Bedeutung des beschriebenen Verfahrens sei an Hand der Fig. 4 erläutert. Das Diagramm stellt auf der Ordinate den Drucktaupunkt der Hochdruckluft und auf der Abszisse die Temperatur des Seewassers dar. In dem Temperaturgebiet oberhalb der eingezeichneten Diagonalen D tritt eine Kondensation durch Taupunktunterschreitung ein, wenn die Hochdruckluft in das von Seewasser umspülte System eingeleitet wird. In dem Temperaturgebiet unterhalb der Diagonalen D kann keine Kondensation auftreten.

Die Kurve A in Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des Drucktaupunktes der erzeugten Hochdruckluft von der Seewassertemperatur, wenn die Hochdruckluft gemäß dem Stand der Technik durch einen seewassergekühlten Frischwasserkreislauf indirekt gekühlt wird. Die Kurve A liegt vollständig in dem Temperaturgebiet oberhalb der Diagonalen D. Das bedeutet, daß in jedem Fall Kondensat ausfällt, wenn die Hochdruckluft in die von Seewasser umspülten Leitungen 7 eintritt und dabei auf die Temperatur des Seewassers abgekühlt wird.

Wird die Hochdruckluft hinter der letzten Kompressorstufe 1 durch Seewasser direkt gekühlt, so wird der Drucktaupunkt der Hochdruckluft gesenkt, und der durch die Kurve B dargestellte Verlauf gilt. Allerdings liegt auch die Kurve B noch oberhalb der Diagonalen D. Kondensation tritt auf, wenn auch mit geringerem Kondensatanfall.

Wird die Hochdruckluft in dem Wärmetauscher 4 gemäß der Erfindung durch kaltes Wasser mit einer Temperatur von 6°C oder 2°C auf eine Temperatur unterhalb der Temperatur des Seewassers gekühlt, so fällt der Drucktaupunkt entsprechend der Kurve C auf Werte unterhalb der Taupunktgrenze. Die Kurve C liegt unterhalb der Diagonalen D, es kann kein Kondensat ausfallen. Dies gilt bis zu Seewassertemperaturen um 4°C bis 5°C. Bei noch tieferen Seewassertemperaturen tritt wegen der auf etwa 2°C nach unten begrenzten Kaltwassertemperatur Kondensation auf, allerdings mit einem stark verminderten Kondensatanfall.

Claims (4)

1. Verfahren zur Abscheidung von Kondensat aus Hochdruckluft, die in einer mehrstufigen Kompressoranlage erzeugt, in mit Kondensatabscheidern kombinierten Wärmetauschern nach den Kompressorstufen gekühlt und einem Verbraucher zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in dem letzten mit einem Kondensatabscheider kombinierten Wärmetauscher die Hochdruckluft auf eine Temperatur gekühlt wird, die unterhalb der am Verbraucher zu erwartenden Temperatur liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckluft in dem letzten mit einem Kondensatabscheider kombinierten Wärmetauscher durch Kaltwasser aus einer Klimaanlage gekühlt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckluft vor dem letzten mit einem Kondensatabscheider kombinierten Wärmetauscher durch bereits gekühlte und getrocknete Hochdruckluft in einem Temperaturwechsler vorgekühlt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckluft vor dem letzten Wärmetauscher durch Seewasser vorgekühlt wird.