DE4331685A1 - Verfahren zum Betreiben einer Tauchung und Tauchung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Tauchung vor Fackelsystemen bzw. vor Abgasverbrennungen, wobei ein Gasstrom über ein in eine Flüssigkeit getauchtes Tauchrohr in die Tauchung eingeleitet wird, sowie eine Tauchung.

Üblicherweise werden vor Fackeln bzw. vor Abgasverbrennungen aus sicherheitstechnischen Gründen Tauchungen installiert. Die Tauchungen haben dabei eine Doppelaufgabe zu erfüllen. Sie dienen zum einen als Flammenrückschlagsicherung, zum anderen aber auch als Drucksperre. Bisher bekannte Tauchungen erfüllen diese Doppelfunktion nur teilweise und in unbefriedigender Weise, da es beim Betrieb durch Standschwankungen des Flüssigkeitsspiegels innerhalb der Tauchung zu Gaspulsationen bzw. zum Auswurf von Flüssigkeit aus der Tauchung kommt. Der Flüssigkeitsauswurf ist unerwünscht, da hierbei Flüssigkeit, in der Regel Wasser, zur Fackel gelangt und die Verbrennung beeinträchtigt. Die Druckhaltung durch die Tauchung als Drucksperre ist notwendig, damit kein Sauerstoff in die Anlage vor der Tauchung eintreten kann. Bei den bekannten Tauchungen treten Gaspulsationen auf, die die Verbrennung in der Fackel bzw. in einem Ofen erheblich stören und die Betriebssicherheit der Anlage in Frage stellen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine Tauchung aufzuzeigen, die einen Flüssigkeitsaustrag aus der Tauchung durch eine nahezu 100%ige Abscheidung der Flüssigkeit in der Tauchung verhindern. Außerdem soll eine Pulsation des Gasstroms wirksam unterbunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beim Betrieb der Tauchung die folgenden Verfahrensschritte eingehalten werden:

• a) Der Gasstrom wird durch die aufgestaute Flüssigkeit mit einer Umkehr der Strömungsrichtung um 160 bis 200°, vorzugsweise um 180°, umgelenkt, wobei ein Teil der Flüssigkeit durch die Gasströmung mitgerissen wird und Gas und Flüssigkeit verwirbelt werden.
• b) Die resultierende Gas/Flüssigkeitsströmung wird gegen einen Prallschirm mit Abweiskragen geführt und erfährt an diesen eine Umlenkung der Strömungsrichtung um 140 bis 200°, vorzugsweise um 180°.
• c) Durch die Umlenkung der Strömungsrichtung bildet sich ein Flüssigkeitsfilm aus.
• d) Der Flüssigkeitsfilm wird durch Einbauten in einzelne Flüssigkeitssträhnen aufgespalten.
• e) Die Flüssigkeitssträhnen fließen in einen Sammelraum der Tauchung ab, während das Gas bei erneuter Umkehr der Strömungsrichtung durch die Zwischenräume zwischen den Flüssigkeitssträhnen nach oben abströmt.

Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß trotz der verhältnismäßig einfachen Betriebsweise der Tauchung eine nahezu vollständige Abscheidung der Flüssigkeit vom Gasstrom zur Fackel bzw. zur Abgasverbrennung erreicht werden kann. Die Abscheidung der Flüssigkeit wird im wesentlichen durch das Umlenken der Strömung erzielt. Dabei entsteht ein Flüssigkeitsfilm, der in einzelne Flüssigkeits­ strähnen aufgespalten wird, damit die Flüssigkeit nicht erneut durch das nach oben abströmende Gas zerstäubt wird. Dabei wird zur Erhöhung des Abscheidegrades ausgenutzt, daß die einzelnen Flüssigkeitssträhnen in der Gasströmung mitgeführte Tropfen aufnehmen und ansammeln können, während gleichzeitig durch den Zwischenraum zwischen Flüssigkeitssträhnen die Gasströmung nach oben aus der Tauchung abströmen kann, ohne in nennenswertem Maße Flüssigkeit aus der Tauchung auszutragen.

Beim Betreiben der Tauchung sollte beachtet werden, daß über einen bestimmten Zeitraum hinweg die Menge an Flüssigkeit aus dem Sammelraum abgezogen wird, die über die Gasströmung aus der aufgestauten Flüssigkeit ausgeworfen wird. Gleichzeitig muß, um die Drucksperre wirksam aufrechtzuerhalten, eine gleichgroße Menge Flüssigkeit in den aufgestauten Bereich unterhalb des Tauchrohrs eingeleitet werden.

Diese Rückströmung wird durch hydrostatischen Druckaufbau im Sammelraum erreicht.

Mit Vorteil wird innerhalb der Tauchung über die Strömung der durch die Gasströmung mitgerissenen Flüssigkeit und über eine Rückströmung in die aufgestaute Flüssigkeit ein Umlauf der Flüssigkeit aufrechterhalten.

Diese Verfahrensführung hat den Vorteil, daß sich der Flüssigkeitsumlauf (Zirkulation) selbst regelt. Vorteilhafterweise wird dies dadurch bewerkstelligt, daß die Flüssigkeitssträhnen in einen äußeren Ringraum der Tauchung abfließen, wobei die Flüssigkeit von dort in einen Speicherraum und vom Speicherraum über mindestens eine Rückfüllöffnung, bevorzugt ein Rückfüllrohr, in einen inneren Ringraum strömt, wo die Gasströmung durch das Tauchrohr gegen die Flüssigkeit geführt wird. Ein so betriebener Flüssigkeitsumlauf verhindert durch seine Massenträgheit wirksam ein Schwingen des Flüssigkeitsspiegels im inneren und äußeren Ringraum und unterbindet damit einen mit den Schwingungen der Flüssigkeitsspiegel in den beiden Ringräumen verbundenen pulsierenden Gasaustrag aus der Tauchung.

Mit Vorteil werden als Flüssigkeitssträhnen erzeugende Einbauten Abweisbleche eingesetzt. Die Flüssigkeitssträhnen können dabei durch mehrere Reihen von Abweisblechen, bevorzugterweise durch zwei Reihen, erzeugt werden. Die Reihen von Abweisblechen sollten dabei in vertikaler Richtung versetzt angeordnet sein, so daß die Flüssigkeitssträhnen von den zuerst angeströmten Abweisblechen auf die Abweisbleche der darunter angeordneten Reihe von Abweisblechen treffen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die an einer in Strömungsrichtung ersten bis vorletzten Reihe von Abweisblechen entstehenden Flüssigkeitssträhnen auf die in Strömungsrichtung nachfolgende Reihe von Abweisblechen geführt wird. Das bewirkt eine gute Trennung der flüssigen von der gasförmigen Phase bei geringer Reibung und gewährleistet einen hohen Abscheidegrad in der Tauchung bei einem relativ niedrigen Druckverlust.

In Weiterbildung der Erfindung wird der Gasstrom über ein mit einem Sägezahnprofil ausgebildetes Tauchrohrende gegen die aufgestaute Flüssigkeit geleitet. Der Vorteil dieser Verfahrensführung wird deutlich, wenn zunächst die Funktionsweise der Tauchung bei unterschiedlich starken Gasströmungen betrachtet wird. Ohne Gasströmung (in Ruhe und ohne Vordruck) stellt sich im inneren und äußeren Ringraum ein gleicher Flüssigkeitsspiegel ein. Bei beginnender und leichter Gasströmung wird der Spiegel im inneren Ringraum abgesenkt, bis die ersten Gasblasen aus den Ecken der Sägezähne austreten können. Durch das Volumen der aufsteigenden Gasblasen steigt der Gemischspiegel im inneren Ringraum über die Höhe des Flüssigkeitsspiegels im äußeren Ringraum an. Bei einer mittleren Gasbelastung, bei der die Tauchung betrieben werden sollte, wird ein großer Teil der Flüssigkeit aus dem inneren Ringraum in den äußeren Ringraum verdrängt, wobei durch den hydrostatischen Druck im äußeren Ringraum die Flüssigkeit durch die Rückfüllöffnung(en) in den inneren Ringraum zurückfließt. Dabei stellt sich ein pulsationsfreier Betrieb ein. Oberhalb einer maximalen Gasbelastung schließlich ist der Staudruck des Gases an der bzw. den Rückfüllöffnung(en) so groß, daß die umlaufende Flüssigkeit gestaut wird und nicht mehr durch die Rückfüllöffnung(en) in den inneren Ringraum zurückfließen kann. Das Gas kann dann ohne Flüssigkeit und mit geringem Druckverlust durch die Tauchung strömen. Durch die Sägezähne am Tauchrohrende wird also erreicht, daß bei relativ kleinen Gasbelastungen bereits ein Betriebszustand einer mittleren Gasbelastung erreicht wird, bei welcher der Flüssigkeitsspiegel im äußeren Ringraum über dem des inneren Ringraumes steht.

Durch eine Schrägverzahnung der Sägezähne des Tauchrohrendes kann eine Drallströmung erzeugt werden. Dadurch kann die anschließende Auftrennung der gasförmigen und flüssigen Phase unterstützt werden.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Tauchung so betrieben, daß eine Beladung der Gas/Flüssigkeitsströmung, d. h. ein Verhältnis von Masse der Flüssigkeit zur Masse des Gases, zwischen 3 und 5 auftritt.

Die erfindungsgemäße Tauchung ist gekennzeichnet durch ein zentral und vertikal angeordnetes Tauchrohr, einen um das untere Tauchrohrende angeordneten inneren Ringraum, der nach außen durch ein über das untere Tauchrohrende ragendes Führungsrohr begrenzt ist, einen unter einem Winkel von 70 bis 110°, vorzugsweise senkrecht, zum Tauchrohr angeordneten Prallschirm mit einem an dessen äußeren Ende unter einem Winkel von 70 bis 110°, vorzugsweise 90°, angeordneten Abweiskragen, auf dem Flüssigkeitssträhnen erzeugende Einbauten angebracht sind, und einen mit dem inneren Ringraum strömungstechnisch verbundenen Sammelraum, der nach außen vom Außenmantel der Tauchung begrenzt wird.

Die erfindungsgemäße Tauchung zeichnet sich durch eine relativ einfache Bauweise aus, die es jedem Fachmann problemlos ermöglicht, die Tauchung für einen speziellen Anwendungsfall auszulegen. Insbesondere kann dabei besonders gut der Druckverlust der Tauchung bei einer bestimmten Gasströmung und Flüssigkeitsbeladung berechnet bzw. abgeschätzt werden. Damit läßt sich die Sicherheit der Anlage wesentlich erhöhen.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Tauchung bestehen die Einbauten aus symmetrisch angeordneten Abweisblechen. Bevorzugt sind die Abweisbleche dachförmig, d. h. in Form eines auf den Kopf gestellten "V", mit einem Winkel von 15 bis 90°, vorzugsweise 20 bis 40°, ausgebildet. Die oben beschriebenen Vorteile der Tauchung ergeben sich, wenn das untere Ende des Tauchrohres ein Sägezahnprofil aufweist. Wie bereits erwähnt, können die Sägezähne zur Erzeugung einer Drallströmung schräg angeordnet sein.

In der erfindungsgemäßen Tauchung wird der innere Ringraum auf seiner Innenseite durch zumindest eine Rückfüllöffnung, vorzugsweise ein zentral angeordnetes Rückfüllrohr, mit dem Sammelraum strömungstechnisch verbunden. Bei der Verwendung eines zentral angeordneten Rückfüllrohres sollte dieses den inneren Ringraum auf seiner Innenseite begrenzen.

Mit Vorteil weist dabei der Durchmesser der Rückfüllöffnung bzw. des Rückfüllrohres 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 40%, des Durchmessers des Tauchrohres auf.

In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Tauchung sind der innere Ringraum und der Sammelraum nicht direkt über die Rückfüllöffnung(en) bzw. das/die Rückfüllrohr(e) verbunden, sondern die Rückfüllöffnung(en) bzw. das/die Rückfüllrohr(e) ist/sind in eine Zwischenwand eingebaut, die zusammen mit dem Führungsrohr einen Speicherraum begrenzt, der Öffnungen zu einem äußeren Ringraum aufweist, d. h. der Sammelraum wird unterteilt in einen äußeren Ringraum und einen Speicherraum. Dies kann beispielsweise durch eine Verlängerung des Führungsrohres zum Standboden der Tauchung bewerkstelligt werden. Auf diese Art kann durch die erhöhte Schwingungsdämpfung die Gefahr auftretender Schwingungen der Flüssigkeit in der Tauchung noch wirksamer verhindert werden. Als besonders geeignet haben sich dabei Öffnungen zwischen Speicherraum und äußerem Ringraum in Form von im unteren Bereich des Speicherraumes angeordneten Schlitzen oder Lochreihen bewährt.

Vorteilhafterweise beträgt die Gesamtfläche der Öffnungen im Führungsrohr das 1- bis 5-fache der Querschnittsfläche der Rückfüllöffnung(en) bzw. des/der Rückfüllrohre(s). In diesem Fall wirkt bzw. wirken insbesondere die Rückfüllöffnung(en) bzw. das/die Rückfüllrohr(e) als Dämpfungsglied für Schwingungen der Flüssigkeit im inneren und äußeren Ringraum.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Tauchung näher erläutert.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Tauchung.

Eine Gasströmung 1 wird über ein zentral und vertikal angeordnetes Tauchrohr 2 in die Tauchung eingeleitet. Durch den Druck der Gasströmung 1 wird die Flüssigkeit im inneren Ringraum 4 bei einer mittleren Gasbelastung auf einem Flüssigkeitsstand gehalten, der unterhalb des Flüssigkeitsstandes des äußeren Ringraumes 10 liegt. Die Gasströmung 1 wird zwischen den Sägezähnen 3 des Tauchrohrendes um 180° umgelenkt, wobei Flüssigkeit aus dem inneren Ringraum 4 mitgerissen und ausgeworfen wird.

Die Flüssigkeit strömt teilweise unter Einwirkung der leicht rotierenden Gasströmung 15 als Wandfilm am Führungsrohr 8 entlang nach oben. Flüssigkeitstropfen werden von der Gasströmung aufgenommen, wobei sich eine Gas/Flüssigkeitsströmung bildet. Diese trifft mit hoher Geschwindigkeit auf den senkrecht zum Tauchrohr 2 angeordneten Prallschirm 12, der mit einem am äußeren Ende des Prallschirmes befestigten, parallel zum Tauchrohr 2 angeordneten Abweiskragen 13 ausgestattet ist. Auf der Innenseite des Abweiskragens 13 sind in zwei Reihen Abweisbleche 14 montiert. Die Strömung wird durch den Prallschirm 12 und den Abweiskragen 13 um etwa 180° umgelenkt, wodurch sich ein Flüssigkeitsfilm ausbildet. Der Flüssigkeitsfilm wird durch die als Strömungsteiler wirkenden Abweisbleche 14 in einzelne Flüssigkeitssträhnen zerteilt.

In den entstehenden Zwischenräumen zwischen den Flüssigkeitssträhnen kann das Gas nahezu ungehindert bei geringem Druckverlust und, ohne Flüssigkeit mitzureißen, nach oben aus der Tauchung entweichen 17. Die Flüssigkeitssträhnen strömen 16, durch die Wirkung der Gravitation und durch Impulserhaltung bedingt, in die im äußeren Ringraum 10 aufgestaute Flüssigkeit ab, wobei die Flüssigkeitssträhnen im wesentlichen über den Außenmantel 9 der Tauchung in die Flüssigkeit des äußeren Ringraumes 10 abfließen. Die bereits erfolgte Phasentrennung ermöglicht dabei einen nahezu pulsationsfreien Betrieb der Tauchung. Die Flüssigkeit gelangt vom äußeren Ringraum 10 über die am unteren Ende des Führungsrohres 8 angebrachten Schlitze 11 in den Speicherraum 6. Dieser wird nach oben durch die Zwischenwand 7 begrenzt, wobei die Flüssigkeit vom Speicherraum 6 über das Rückfüllrohr 5 in den inneren Ringraum 4 fließt. Der äußere Ringraum 10 und der Speicherraum 6 sind nach unten durch die Bodenwand 18 abgeschlossen.

Claims (19)

1. Verfahren zum Betreiben einer Tauchung vor Fackelsystemen bzw. vor Abgasver­ brennungen, wobei ein Gasstrom (1) über ein in eine Flüssigkeit getauchtes Tauchrohr (2) in die Tauchung eingeleitet wird, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte a) bis e), nämlich

• a) daß der Gasstrom (1) durch die aufgestaute Flüssigkeit (4) mit einer Umkehr der Strömungsrichtung um 160 bis 200°, vorzugsweise um 180°, umgelenkt wird, wobei ein Teil der Flüssigkeit durch die Gasströmung mitgerissen wird und Gas und Flüssigkeit verwirbelt werden (15).
• b) daß die resultierende Gas/Flüssigkeitsströmung (15) gegen einen Prallschirm (12) mit Abweiskragen (13) geführt wird und an diesen eine Umlenkung der Strömungsrichtung um 140 bis 200°, vorzugsweise um 180°, erfährt,
• c) daß sich durch die Umlenkung der Strömungsrichtung ein Flüssigkeitsfilm ausbildet,
• d) daß der Flüssigkeitsfilm durch Einbauten (14) in einzelne Flüssigkeitssträhnen aufgespalten wird und
• e) daß die Flüssigkeitssträhnen in einen Sammelraum (10 + 6) der Tauchung abfließen (16), während das Gas bei erneuter Umkehr der Strömungsrichtung durch die Zwischenräume zwischen den Flüssigkeitssträhnen nach oben abströmt (17).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Tauchung über die Strömung der durch die Gasströmung mitgerissenen Flüssigkeit und über eine Rückströmung aus dem Sammelraum (10 + 6) in die aufgestaute Flüssigkeit ein Umlauf der Flüssigkeit aufrechterhalten wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitssträhnen in einen äußeren Ringraum (10) der Tauchung abfließen, wobei die Flüssigkeit von dort in einen Speicherraum (6) und vom Speicherraum (6) über zumindest eine Rückfüllöffnung (5) in einen inneren Ringraum (4) strömt, wo die Gasströmung durch das Tauchrohr (2) gegen die Flüssigkeit geführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Abweisbleche (14) als Flüssigkeitssträhnen erzeugende Einbauten eingesetzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeits­ strähnen durch mehrere, bevorzugt zwei, Reihen von Abweisblechen (14) erzeugt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer in Strömungsrichtung ersten bis vorletzten Reihe von Abweisblechen (14) entstehenden Flüssigkeitssträhnen auf die in Strömungsrichtung nachfolgende Reihe von Abweisblechen (14) geführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (1) über ein mit Sägezahnprofil ausgebildetes Tauchrohrende (3) gegen die aufgestaute Flüssigkeit geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Schrägverzahnung der Sägezähne des Tauchrohrendes (3) eine Drall­ strömung erzeugt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gas/Flüssigkeitsströmung (15) eine Beladung, d. h. ein Verhältnis von Masse der Flüssigkeit zur Masse des Gases, von 3 bis 5 aufweist.

10. Tauchung gekennzeichnet durch ein zentral und vertikal angeordnetes Tauchrohr (2), einen um das untere Tauchrohrende (3) angeordneten inneren Ringraum (4), der nach außen durch ein über das untere Tauchrohrende (3) ragendes Führungs­ rohr (8) begrenzt ist, einen unter einem Winkel von 70 bis 110°, vorzugsweise senkrecht, zum Tauchrohr (2) angeordneten Prallschirm (12) mit einem an dessen äußerem Ende unter einem Winkel von 70 bis 110°, vorzugsweise 90°, angeord­ neten Abweiskragen (13), auf dem Flüssigkeitssträhnen erzeugende Einbauten (14) angebracht sind, und einen mit dem inneren Ringraum (4) strömungstechnisch verbundenen Sammelraum (10 + 6), der nach außen vom Außenmantel (9) der Tauchung begrenzt wird.

11. Tauchung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Einbauten am Abweiskragen (13) symmetrisch angeordnete Abweisbleche (14) befestigt sind.

12. Tauchung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweisbleche dachförmig mit einem Winkel von 15 bis 90°, vorzugsweise 20 bis 40°, ausgebildet sind.

13. Tauchung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Tauchrohres (2) ein Sägezahnprofil (3) aufweist.

14. Tauchung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Sägezähne (3) schräg angeordnet sind.

15. Tauchung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Ringraum (4) durch zumindest eine Rückfüllöffnung, bevorzugt ein Rückfüllrohr (5), mit dem Sammelraum (10 + 6) strömungstechnisch verbunden ist.

16. Tauchung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Rückfüllöffnung bzw. des Rückfüllrohres (5) 20 bis 50%, vorzugsweise 30 bis 40%, des Durchmessers des Tauchrohres (2) aufweist.

17. Tauchung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfüllöffnung(en) bzw. das/die Rückfüllrohr(e) (5) in eine Zwischenwand (7) eingebaut ist/sind, die zusammen mit dem Führungsrohr (8) einen Speicherraum (6) begrenzt, der Öffnungen (11) zu einem äußeren Ringraum (10) aufweist.

18. Tauchung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (11) zwischen Speicherraum (6) und äußerem Ringraum (10) in Form von im unteren Bereich des Speicherraumes (6) angeordneten Schlitzen (11) oder Lochreihen ausgebildet sind.

19. Tauchung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Öffnungen (11) das 1- bis 5fache der Querschnittsfläche der Rückfüllöffnung(en) bzw. des/der Rückfüllrohre(s) (5) beträgt.