DE4430999A1 - Verfahren zum Fördern flüssiger Medien und Rohrleitungssystem zum Anwenden des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fördern flüssi­ ger Medien und ein Rohrleitungssystem zum Anwenden des Verfahrens, das einen Lagerspeicher für ein flüssiges Medium, eine Fördereinrichtung zum Fördern des Mediums aus dem Lagerspeicher und eine Förderleitung zu einer Dosiereinrichtung eines Verbrauchers aufweist.

In der Nahrungs- und Genußmittel- sowie der pharmazeuti­ schen und der chemischen Industrie sind Dosieranlagen bekannt, um flüssige Medien aus Lagerspeichern be­ darfsgerecht an jeweilige Verbrauchsstellen zu liefern. Derartige flüssige Medien sind beispielsweise Hauptbe­ standteile und/oder Zusatzstoffe oder dergleichen bei der Herstellung von Zwischen- oder Endprodukten in den ge­ nannten Industriezweigen.

Des weiteren sind Anlagen zur Verteilung von flüssigen Medien über gegebenenfalls weit verzweigte Rohrleitungs­ netze bekannt, die beispielsweise Hilfsstoffe, wie z. B. Reinigungsmittel, zu Zwischenlagern bei den Produktions­ anlagen führen, aus denen sie dosiert abgegeben werden.

In diesen Anwendungsbereichen erfolgt die Verteilung bzw. die Dosierung der flüssigen Medien über Pumpen, die den erforderlichen Förderdruck erzeugen. Jede Verbrauchsein­ heit oder jeder Verbraucher, der individuell mit einem flüssigen Medium versorgt werden soll, benötigt eine ei­ gene Pumpe.

Die Installation und der Betrieb eines derartigen Rohr­ leitungssystems ist sehr kostenaufwendig, da neben den Kosten für die Pumpen jeweils eine Pumpensteuerung oder eine manuelle Bedienung der Pumpen und der Absperrorgane durch Personal erforderlich ist. Daneben muß eine Lager­ möglichkeit für das Medium in der Nähe der Pumpen ge­ schaffen werden und infrastrukturelle Maßnahmen als Folge umweltschutztechnischer Auflagen (z. B. Wasserhaushalts­ gesetz) müssen für jede Dosierstelle vorgesehen werden.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Rohrleitun­ gen, über die das flüssige Medium zur Dosierstation am Verbraucher gefördert wird, je nach Bedarf häufig nur temporär genutzt werden. Dies führt zu einer schwellenden Belastung durch Wechsel von Förderdruck und Ruhedruck in der Rohrleitung. Die Belastung durch den Förderdruck wird zusätzlich durch Schwellbeanspruchung aufgrund von Pum­ pendruckstößen gebräuchlicher Pumpen überlagert.

Weiterhin fehlt in diesen bekannten Systemen eine einfa­ che Kontrollmöglichkeit für die Dichtheit des Leitungs­ netzes, mit der das offene, nur bedarfsweise unter Druck stehende Rohrleitungssystem einer Druckprüfung unterzogen werden könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und ein Rohrleitungssystem der eingangs genannten Art bezüglich der angesprochenen Nachteile zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 22 und durch ein Rohrleitungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestal­ tungen des Verfahrens bzw. des Rohrleitungssystems sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird erfindungsgemäß das flüssige Medium zuerst aus dem Lagerspeicher in einen Druckspeicher gefördert, in dem es unter Druck gehalten wird. Durch diesen Druck wird das flüssige Medium anschließend aus dem Druckbehälter über eine Entnahmelei­ tung zur Dosiereinrichtung am Verbraucher gefördert, so daß keine weiteren Förder- oder Entnahmepumpen notwendig sind. Das Verfahren kann eine Einstellung des Druckes im Druckspeicher zur Anpassung an die Bedingungen am Ver­ braucher enthalten, wobei vorzugsweise ein Druckgas in den Druckspeicher regelbar zugeführt wird. Zweckmäßiger­ weise regelt eine Regeleinrichtung die Zufuhr des flüssi­ gen Mediums in den Druckbehälter in Abhängigkeit von der Entnahme, so daß ständig eine ausreichende Flüssigkeits­ vorlage in dem Druckbehälter vorhanden ist. Die Regelein­ richtung ersetzt auch eine manuelle Bedienung einer För­ derpumpe für die Flüssigkeitszufuhr. Besonders vorteil­ haft kann das Verfahren angewandt werden, wenn die Regel­ einrichtung aufgrund der Verbrauchsanforderung des Ver­ brauchers die Zufuhr von flüssigem Medium zum Verbraucher an der Dosiereinrichtung, beispielsweise durch eine Dros­ sel und ein Absperrorgan, regelt und wenn sie gleichzei­ tig, beispielsweise durch eine Durchflußmeßeinrichtung, den Verbrauch an flüssigem Medium erfaßt. Damit werden Fehler durch manuelle Bedienung der Dosiereinrichtung ausgeschlossen und die Verbrauchserfassung des flüssigen Mediums wird automatisiert und kann bei der Planung der Lagerhaltung verwendet werden.

Das Rohrleitungssystem enthält erfindungsgemäß einen Druckspeicher, in dem das flüssige Medium zwischengespei­ chert wird, wobei es unter Druck gesetzt ist. Durch die­ sen Druck wird das flüssige Medium über eine Rohrleitung zur Dosiereinrichtung am Verbraucher befördert, so daß außer der Förderpumpe zum Fördern in den Druckspeicher keine weitere Förder- oder Dosierpumpe erforderlich ist, wodurch die Installationskosten reduziert werden. Bei vom Druckspeicher entfernt angeordneten Verbrauchern ist eine Entnahmeleitung entsprechender Länge vorgesehen, in der sich der Druck im Druckspeicher über das flüssige Medium als Förderdruck fortsetzt. Vorzugsweise ist der auf das flüssige Medium wirkende Druck im Druckspeicher einstell­ bar, um die Druckanforderungen am Verbraucher zu erfüllen und um Druckschwankungen in einem Druckgaspolster aus zu­ gleichen, wenn ein Druckgas zur Druckerzeugung verwendet wird, dessen Volumen durch die Füllmenge des flüssigen Mediums in dem Druckspeicher wechselt. Wenn die Entnahme­ leitung an ihrem dem Druckspeicher zugewandten Ende ein Absperrventil aufweist, kann bei geschlossenem Absperr­ ventil und bei gleichzeitiger Nichtentnahme von flüssigem Medium eine automatische Lecküberwachung durchgeführt werden. Dazu wird über eine Druckmeßeinrichtung geprüft, ob der Druck in der Entnahmeleitung abfällt. Sinkt der Druck, so kann auf eine Leckstelle oder ein undichtes Ventil geschlossen werden. Durch eine Entleerungsleitung läßt sich beispielsweise für Reparaturarbeiten die Ent­ nahmeleitung, gegebenenfalls mittels einer Pumpe, leeren, wobei das flüssige Medium in den Lagertank zurückgeführt wird.

Zur Überwachung und Regelung der Menge des flüssigen Me­ diums in dem Drucktank werden vorzugsweise Sensoren ver­ wendet, die einen unteren und einen oberen Flüssigkeits­ stand überwachen und bei einem Unter- bzw. Überschreiten des jeweiligen Meßniveaus eine Förderpumpe zum Zuführen von flüssigem Medium an- bzw. abschalten. Durch Verbin­ dung der Sensoren mit einer Regeleinrichtung kann die Füllstandskontrolle und -regelung automatisiert werden.

Wenn an die Regeleinrichtung zusätzlich die Dosierein­ richtung angeschlossen ist, wird die fehleranfällige ma­ nuelle Dosierung automatisiert. Durch die Messung der Durchflußmenge vor jedem Verbraucher wird die Betriebs­ datenerfassung erleichtert und Mengenbilanzen können au­ tomatisch erstellt werden, beispielsweise der Gesamtver­ brauch an flüssigem Medium pro Zeiteinheit und die Dosiermenge je Verbraucher, woraus Rückschlüsse für die Lagerhaltung in den Lagertanks gezogen werden können.

Vorzugsweise kann das Rohrleitungssystem mehrere Lager­ speicher mit jeweiligen Druckspeichern umfassen, so daß unterschiedliche flüssige Medien an die Verbraucher ge­ liefert werden können.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf eine Figur näher erläu­ tert, die in schematischer Darstellung ein erfindungsge­ mäßes Rohrleitungssystem zur Anwendung des Verfahrens zeigt.

Das in der Figur dargestellte Rohrleitungssystem enthält einen Lagerspeicher 1, in dem ein zu förderndes flüssiges Medium gelagert ist. Im Ausführungsbeispiel dient das Rohrleitungssystem zur Lagerung, Verteilung und Dosierung von Reinigungsmittelkonzentraten in Betrieben der Nahrungs- und Genußmittelindustrie, ist aber nicht auf diesen Anwendungsfall beschränkt. Aus dem Lagerspeicher 1 entnimmt eine selbstansaugende Fördereinrichtung, bei­ spielsweise eine Pumpe 2 (Kreiselpumpe mit Magnetkupplung oder Membranpumpe), das flüssige Medium bzw. das Reini­ gungsmittel über eine Rohrleitung 3 und fördert es über eine Rohrleitung 4 in einen Druckbehälter 5. Auf der Druckseite der Pumpe 2 ist ein Rückschlagventil 6 in der Rohrleitung 4 eingebaut. Über ein einstellbares Sicher­ heitsventil 7 kann das Reinigungsmittel aus der Rohrlei­ tung 4 über eine Rohrleitung 8 zum Lagerspeicher 1 zurückfließen. Die Rohrleitung 4 ist vor dem Druckspei­ cher 5 durch ein Absperrventil 9 absperrbar.

Der Druckbehälter 5 ist im Ausführungsbeispiel zylinder­ förmig gestaltet und horizontal angeordnet, kann jedoch eine beliebige, als Druckbehälter geeignete Gestaltung und Anordnung aufweisen. Aus dem Druckbehälter 5 führt gemäß der Darstellung in der Figur eine als Steigleitung ausgebildete Entnahmeleitung 10 zu einem bzw. zu mehreren Verbrauchern 11. Es können jedoch auch mehrere Entnahme­ leitungen 10 an dem Druckbehälter 5 angeschlossen sein, um eine Vielzahl von Verbrauchern 11 über Zweigleitungen zu versorgen. Eine Entnahmeöffnung 12 der Entnahmeleitung 10 ist unterhalb eines minimalen Niveaus einer Flüssig­ keitsvorlage im Druckbehälter 5 angeordnet, so daß jeder­ zeit eine Flüssigkeitsentnahme gewährleistet ist. In der Entnahmeleitung 10 ist im Bereich des Druckbehälters 5 ein Absperrventil 13 eingebaut.

Am Druckbehälter 5 ist über einen Flansch eine Druckgas­ leitung 14 angeschlossen, über die Druckgas aus einem Druckgaslager 15 in einen oberen Bereich des Druckbehäl­ ters 5 zugeführt werden kann, in dem ein Druckgaspolster gebildet wird. Dieser Druck des Gases herrscht im Reini­ gungsmittel im gesamten Rohrleitungssystem bis zum Ver­ braucher 11. Ein regelbares Absperrventil 16 mit Rück­ schlagklappe ist in der Druckgasleitung 14 eingebaut. Eine Druckmeßeinrichtung 17 mißt den Druck des Druckgases im oberen Bereich des Druckbehälters 5. Weiterhin sind an dem Druckbehälter 5 ein unterer Sensor 18 und ein oberer Sensor 19 angebracht, mit denen der sich in Abhängigkeit von Zulauf und Entnahme ergebende Füllstand des Reinigungsmittels im Druckbehälter 5 auf dem Meßniveau der Sensoren 18, 19 erfaßt werden kann. Über ein ein­ stellbares Sicherheitsventil 20 kann das Druckgas und/ oder gegebenenfalls das Reinigungsmittel aus dem Druckbe­ hälter 5 über eine Rohrleitung 21 zum Lagerspeicher 1 zu­ rückfließen.

Die Entnahmeleitung 10 versorgt im Ausführungsbeispiel über eine Leitungsverzweigung drei Verbraucher 11, vor denen jeweils eine Dosiereinrichtung 22 angeordnet ist. Die Dosiereinrichtung 22 enthält in Durchflußrichtung ein Absperrventil 23, ein Durchflußmeßgerät 24 und ein Do­ sierventil (nicht dargestellt). Wird kein Reinigungsmit­ tel entnommen, so ist das Absperrventil 23 und das Do­ sierventil geschlossen.

In der Entnahmeleitung 10 ist zwischen dem druckbehälter­ seitigen Absperrventil 13 und den jeweiligen Dosierein­ richtungen 22 der Verbraucher 11 ein Druckmesser 25 zum Erfassen des Drucks des Reinigungsmittels in der Entnah­ meleitung 10 vorgesehen.

Von der Entnahmeleitung 10 führt eine über ein Absperr­ ventil 26 absperrbare Entleerungsleitung 27 zum Lager­ speicher 1. Mittels einer in der Entleerungsleitung 27 angeordneten Pumpe 28 kann die Entnahmeleitung 10 beispielsweise für Reparaturzwecke entleert werden.

In dem dargestellten Rohrleitungssystem übernimmt eine nicht gezeigte Regeleinrichtung die Überwachung und Rege­ lung der Förderung des Reinigungsmittels. Wenn der Flüs­ sigkeitsspiegel des Reinigungsmittels im Druckbehälter durch eine Entnahme auf oder unter das untere Meßniveau A gefallen ist und der Sensor 18 dies erfaßt hat, schaltet die Regeleinrichtung die Pumpe 2 ein, so daß das Reini­ gungsmittel mit einem Druck, der größer ist als der Druck des Druckgases im Druckbehälter 5, in den Druckbehälter 5 gefördert wird. Die minimale Menge des Reinigungsmittels im Druckbehälter 5 entspricht in etwa einem Drittel des gesamten Volumens des Druckbehälters 5. Wenn der obere Sensor 19 ein Ansteigen auf oder über das obere Meßniveau B erfaßt, beendet die Regeleinrichtung die Förderung des Reinigungsmittels in den Druckbehälter 5 durch Ausschal­ ten der Pumpe 2, wobei das Rückschlagventil 6 einen Rück­ strom aus dem Druckbehälter 5 verhindert. Die maximale Flüssigkeitsmenge des Reinigungsmittels im Druckbehälter 5 nimmt in etwa zwei Drittel des gesamten Volumens des Druckbehälters 5 ein, so daß das Druckgaspolster in die­ sem Füllzustand etwa ein Drittel des Gesamtvolumens ein­ nimmt.

Die durch Zufuhr und Entnahme des Reinigungsmittels re­ sultierende Volumenänderung des Druckgases im Druckspei­ cher und ein dadurch wechselnder Druck kann durch gere­ geltes Einleiten und Ablassen von Druckgas in den bzw. aus dem Druckbehälter 5 auf einem konstanten Niveau ge­ halten werden. Dieser Druck setzt sich über die Entnahme­ leitung 10 bis zu den Verbrauchern 11 fort. Da auch bei Nichtentnahme von Reinigungsmittel der Druck in der Ent­ nahmeleitung 10 aufrechterhalten bleibt, unterliegt die medienführende Entnahmeleitung 10 durch den konstanten Druck nur einer ruhenden Beanspruchung, wodurch die Le­ bensdauer einer solchen Rohrleitung verlängert wird. Falls dennoch Druckstöße im Reinigungsmittel (als Flüs­ sigkeit nahezu inkompressibel) in der Entnahmeleitung 10 auftreten sollten, so werden diese durch das kompressible Druckgaspolster in dem Druckbehälter 5 elastisch ausge­ glichen.

Bei Nichtentnahme von Reinigungsmittel (Absperrventil 23 geschlossen) kann die Entnahmeleitung 10 durch das Ab­ sperrventil 13 vom Druckbehälter 5 getrennt werden, wobei der Druck im Reinigungsmittel erhalten bleibt. Mittels der an die Regeleinrichtung angeschlossenen Druckmeßein­ richtung 25 kann somit eine automatisierte Leckage­ kontrolle durch Überwachung des Druckes in der Entnahme­ leitung 10 durchgeführt werden.

Alle Absperrventile können mit der Regeleinrichtung ver­ bunden sein und durch diese gesteuert motorisch betätigt werden. Somit ist keine manuelle Bedienung an dezentralen Pumpen und Absperrorganen erforderlich. Vielmehr wird die Bedienung durch eine zentrale Bedieneinheit der Regelein­ richtung übersichtlich und kostengünstig gestaltet.

Claims (26)

1. Rohrleitungssystem zum Fördern flüssiger Medien, das einen Lagerspeicher für ein flüssiges Medium, eine För­ dereinrichtung zum Fördern des Mediums aus dem Lagerspei­ cher und eine Förderleitung zu einer Dosiereinrichtung eines Verbrauchers aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckspeicher (5) zum druckbeaufschlagten Zwischen­ speichern des flüssigen Mediums zwischen der Förderein­ richtung (2) und der Dosiereinrichtung (22) des Verbrau­ chers (11) angeordnet ist.

2. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Förderleitung eine Entnahmeleitung (10) vom Druckspeicher (5) zur Dosiereinrichtung (22) des Ver­ brauchers (11) ist, in der das Medium mit dem im Druck­ speicher (5) vorhandenen Druck beaufschlagt ist.

3. Rohrleitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckspeicher (5) ein­ stellbar ist.

4. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (5) eine Druckgaszuführung (14, 15) aufweist.

5. Rohrleitungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckgaszuführung (14) am Druckspeicher (5) im Bereich eines Druckgasraumes oberhalb eines Flüs­ sigkeitsspiegels des flüssigen Mediums angeschlossen ist.

6. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahmeleitung (10) druckspeicherseitig absperrbar ist.

7. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Entnahmeleitung (10) eine Druckmeßeinrichtung (25) angeschlossen ist.

8. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (22) für den Verbraucher (11) ein gesteuertes Absperrorgan (23) und eine Durchflußmeßeinrichtung (24) aufweist.

9. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine absperrbare Entleerungs­ leitung (27) die Entnahmeleitung (10) mit dem Lagerspei­ cher (1) verbindet.

10. Rohrleitungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Entleerungsleitung (27) eine Förder­ einrichtung (28) für das flüssige Medium angeordnet ist.

11. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (5) ein Druckbehälter (5) ist, an dem zum Erfassen eines unteren und eines oberen Flüssigkeitsspiegels des Mediums im Druckbehälter (5) jeweils ein Sensor (18 bzw. 19) ange­ bracht ist.

12. Rohrleitungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensoren (18, 19) mit einer Regelein­ richtung verbunden sind, die die Fördereinrichtung (2) zum Fördern des Mediums in den Druckbehälter (5) akti­ viert, wenn der untere Sensor (18) ein Absinken des Flüs­ sigkeitsspiegels unter sein Meßniveau (A) feststellt, und die Fördereinrichtung (2) deaktiviert, wenn der obere Sensor (19) ein Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels über sein Meßniveau (B) feststellt.

13. Rohrleitungssystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (18, 19) im Druckbehäl­ ter (5) jeweils auf einem solchen Meßniveau (A bzw. B) angeordnet sind, daß unterhalb des unteren Meßniveaus (A), zwischen den beiden Meßniveaus (A, B) und oberhalb des oberen Meßniveaus (B) drei annähernd gleichgroße Teilvolumina des Volumens des Druckbehälters (5) gebildet sind.

14. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (5) im wesentlichen zylinderförmig ist.

15. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (5) waagrecht angeordnet ist.

16. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (5) senkrecht angeordnet ist.

17. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überströmleitung (21) vom Druckbehälter (5) zum Lagerspeicher (1) führt.

18. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium ein Reinigungsmittelkonzentrat ist.

19. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß an den Druckspeicher bzw. Druckbehälter (5) mehrere Entnahmeleitungen (10) an­ geschlossen sind, die jeweils mindestens einen Verbraucher (11) mit flüssigem Medium versorgen.

20. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiereinrichtung (22) an die Regeleinrichtung angeschlossen ist.

21. Rohrleitungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lagerspeicher (1) für unterschiedliche flüssige Medien mit zugehörigen Druckspeichern bzw. Druckbehältern (5) und mit jeweiligen Verteilungseinrichtungen zur Versorgung der Verbraucher (11) mit diesen unterschiedlichen Medien vorgesehen sind.

22. Verfahren zum Fördern flüssiger Medien in einem Rohrleitungssystem, wobei das flüssige Medium durch eine Fördereinrichtung aus einem Lagerspeicher entnommen wird und über eine Förderleitung zu einer Dosiereinrichtung eines Verbrauchers gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium durch die Fördereinrichtung (2) aus dem Lagerspeicher (1) in einen Druckspeicher (5) ge­ fördert wird, daß es in dem Druckspeicher (5) mit Druck beaufschlagt wird und daß es aus dem Druckspeicher (5) mittels dieses Druckes zur Dosiereinrichtung (22) des Verbrauchers (11) gefördert wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der auf das flüssige Medium wirkende Druck im Druck­ speicher (5) verbraucherabhängig eingestellt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Druck im Druckspeicher (5) durch Zufuhr von Druckgas eingestellt wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, da­ durch gekennzeichnet, daß die Förderung des flüssigen Mediums in den Druckbehälter (5) in Abhängigkeit von der Entnahme des Mediums aus dem Druckspeicher (5) von einer Regeleinrichtung geregelt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß von der Regeleinrichtung an der Dosiereinrichtung (22) die Zufuhr von flüssigem Medium zum Verbraucher (11) geregelt und der Verbrauch an flüssigem Medium erfaßt wird.