DE577443C - Betriebssicherung an Druckzersetzeranlagen, insbesondere fuer Wasserzersetzung - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß der Betrieb von Druckzersetzern weit größere Gefahren mit sich bringt als der von solchen Zersetzern, die unter atmosphärischem Druck arbeiten, und es ist klar, daß ein erfolgreicher Betrieb auf die Dauer sehr wesentlich von der erreichbaren Sicherheit abhängt.

Trotzdem ist in dieser Richtung bisher noch sehr wenig getan worden.

»o Demgemäß hat sich der Erfinder die Aufgabe gestellt, beim Betrieb von Druckzersetzern, insbesondere solchen zur Wasserzersetzung, ein Höchstmaß an Sicherheit zu gewinnen und besonders die beim Bruch von Rohrleitungen, Dichtungen usw. mögliche Bildung explosiver Gasgemische zu verhindern.

Der Lösung dieser Aufgabe sind folgende Erwägungen zugrunde zu legen:

Eine Druckzersetzeranlage, die z. B. aus dem Zersetzer, Wäscher, Trockner, Reiniger, Regler, den dazugehörigen Geräten für Differentialdruckmessung bestehen kann und bei der die Gesamtheit der Vorrichtungen unter einem Druck steht, der den atmosphärischen Druck um ein Vielfaches übersteigt, ist bei einem Bruch einer Dichtung oder eines Rohres usw. immer der großen Gefahr ausgesetzt, daß die beim normalen Betrieb sicher zu bewerkstelligende Trennung der Gase nicht mehr aufrechterhalten werden kann. Auf Grund der bei einem Bruch plötzlich auftretenden sehr hohen Druckunterschiede, die sich ;. auf dem kürzesten Wege ausgleichen, kann eine starke explosive Gasgemischbildung auftreten. Durch etwaige Zündung können Teile der Apparatur bei der Explosion vernichtet werden. Es handelt sich also für den Erfin- ":: der, der eine wirksame Betriebssicherung für Druckzersetzer schaffen will, darum, diese Gasgemischbildung auf jeden Fall zu unterbinden und außerdem dafür zu sorgen, daß empfindliche Betriebseinrichtungen, z. B. die Zellen selbst, durch die großen Druckunterschiede nicht zerstört werden.

An sich bekannt ist die Verwendung von Rückschlagventilen bei Druckzersetzern zum Zweck der Regelung der Drücke. Diese Rückschlagventile sind zweckmäßig so gebaut, daß sie sich bei Überdruck in der Zelle öffnen und das Gasgemisch in die Sammelbehälter abströmen lassen. Die Rückschlagventile wirken also zunächst als Regler und zusätzlich . bei plötzlich auftretenden Druckunterschieden auch im entgegengesetzten Sinn als selbsttätig wirkende Absperrmittel. Bei plötzlicher Druckentlastung im Zersetzer durch irgendeinen Bruch schließt das entsprechende Ventil selbsttätig den unter höherem Druck stehenden Gassammelbehälter von den Zellen ab, so daß kein Gas zurückströmen kann. Der Bruch einer Dichtung am Gassammelbehälter dagegen veranlaßt kein Schließen des Ventils, '-sondern ein noch größeres Öffnen.

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Bekannt sind ferner Ventile, die nach beiden Richtungen schließen und die zwischen den Zellen und Gassammelbehältern angeordnet sind. Diese Ventile öffnen in der Richtung von den Zellen nach den Gassammelräumen bei einem bestimmten Überdruck und schließen sofort, wenn dieser Überdruck nicht vorhanden ist. Andererseits schließen sie bei einem raschen Druckstoß, der in der Richtung Zellen-Gassammelbehälter verläuft, auch in dieser Richtung ab. Sie können also nach beiden Richtungen schließen. Nach der einen Richtung schließen sie schon bei allmählich wachsendem und auch plötzlich wachsendem Gegendruck ab; nach der anderen Richtung dagegen nur bei einem plötzlich und stoßartig auftretenden Überdruck.

Im Gegensatz zu früheren Versuchen soll gemäß der Erfindung eine Betriebssicherung ao an einer Druckzersetzeranlage, insbesondere für Wasserzersetzung, bei der auf der unter Einschaltung von Sperrfiüssigkeitssäulen in Verbindung stehenden Wasserstoff- und Sauerstoffseite außer den Abscheidegefäßen Wä- *5 scher, Reiniger, Ausgleichsgefäße, Sammler und ähnliche Hilfsgeräte durch Rohrleitungen verbunden sind, dadurch erzielt werden, daß zwischen der Wasserstoff- und Sauerstoffseite, zwischen diesen und den Gegendruckgasgefäßen und zwischen den einzelnen Gerätegruppen selbsttätige Ventile eingebaut sind, die geöffnet bleiben, solange die normalen Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen oder flüssigen Betriebsmittels nicht überschritten werden, jedoch bei plötzlichen Druckänderungen über ein vorausbestimmtes Maß sich nach der Seite des geringeren Druckes hin selbsttätig schließen.

Bei einer besonderen Ausführungsform können als Absperrmittel Schnellschlußventile verwendet werden, zu deren Bedienung die erforderliche Servokraft einem durch ein vom Betriebsmitteldruck beeinflußten Feingerät, Membran, Pendelmanometer o. dgl., gesteuerten Motor, Elektromagnet o. dgl. entnommen wird.

Dem den Servomotor steuernden Feingerät kann zweckmäßig eine dem normalen Betriebsmitteldruck standhaltende Flüssigkeitssäule, z. B. Quecksilber, vorgeschaltet sein.

In manchen Fällen kann man zur Steuerung des elektrischen Servomotors ein mit Quecksilber gefülltes U-Rohr 16 verwenden, in das die beiden Pole so eingeführt sind, daß bei Verschiebung der Quecksilbersäule einer der Pole freigelegt wird. Weiterhin kann nach der Erfindung die Betriebssicherheit noch weiter dadurch erhöht werden, daß man bei Gefäßen, deren Teilgefäße auf der Wasserstoff- und Sauerstoffseite unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeitssäule verbunden sind, das Gesamtvolumen der Flüssigkeitsfüllung mindestens gleich groß macht wie der Rauminhalt eines der beiden Teilgefäße. Zu dem gleichen. Zweck kann auch zwischen die beiden Teilgefäße ein mit einer Flüssigkeit oder einem neutralen Gas gefülltes Gefäß einschalten.

Eine besonders wirksame Maßnahme zur Betriebssicherung besteht aber darin, daß die Gruppen oder Abschnitte der Anlage mit einer Stickstoff quelle so in leitender Verbindung gehalten werden, daß jeder Abschnitt bei plötzlicher Druckentlastung selbsttätig mit Stickstoff oder einem anderen neutralen Gas überflutet wird.

Ein Ausführungsbeispiel - des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung schematisch an einer Zersetzeranlage dargestellt, wie sie in dem Patent 509 933 gezeigt ist; es zeigen Fig. 1 die Gesamtanlage, Fig. 2 eine Einzelheit in abgeänderter Ausführung.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt eine derartige Druckzersetzeranlage zunächst ein stehend, geneigt oder liegend angeordnetes Zersetzer gefäß Z, das mit den beiden Abscheidegefäßen A und A' durch Umlaufleitungen a, a' in Verbindung steht. Hieran schließen sich die Wäscher W und W zum Ausgleich geringer Differenzdrücke und die ga Quecksilberausgleichgefäße für größere Differenzdrücke, die von den Reinigeranlagen oder Sammlereinrichtungen herrühren können. Von dort gelangen die Gase in die Vorreiniger V und V, die zugleich als Kondensatoren dienen, und die Reiniger R und R'. Es folgen die Druckregler B und B' in Verbindung mit den Reglersicherungen C₁ C und einem Gefäß G mit konstantem Druck; schließlich die Pendelniveaumeter P und P'.

Beim Betrieb der Anlage steigt das Gas oben aus dem Zersetzergefäß in den mit i bezeichneten Leitungen gemischt mit dem mitgerissenen Elektrolyt in die Abscheidegefäße A und Ä'. Von hier strömt der abgeschiedene Elektrolyt durch die Umlaufleitungen a, a' zur unteren Seite des Zersetzers zurück. Diese sind mit Kühleinrichtungen K und K', Drosselventilen E₃ E' und die Heizungen H und H' ausgerüstet. Der Elektrolyt tritt von unten in den Zersetzer und damit in die Zellen wieder ein. Der zwischen beiden Seiten etwa notwendige Elektrolytaustausch kann z. B. an den unteren Enden der Rückläufe a, a' durch den Verbindungsweg u erfolgen und mit Hilfe des Ventils χ geregelt werden. Durch die Anbringung der Heizung ist man in der Lage, einen Umlauf des Elektrolyten und eine für den elektrischen Vorgang günstige Temperatur auch dann zu erzielen, wenn der Zersetzer nach längerer Ruhepause mit geringer Stromstärke allmäh-

lieh auf Druck gebracht werden muß oder wenn z. B. bei Belastungsschwankungen er längere Zeit mit geringer Stromstärke und somit mit geringerer elektrolytischer Wärme laufen muß. Läuft der Zersetzer unter hoher Belastung, so daß genügend oder zuviel Wärme durch den Prozeß selbst erzeugt wird, so ist man durch die Kühlung K in der Lage, den Zersetzer auf der richtigen Betriebstem-

to peratur zu halten und gleichzeitig den Umlauf den gesteigerten Betriebsverhältnissen entsprechend zu regeln.

Die Nachfüllung des verbrauchten Elektrolyten erfolgt selbsttätig aus der Nachfüllflasche N auf der Wasserstoffseite, also auf der Seite, wo das Wasser auch tatsächlich verbraucht wird, so daß der Katholytspiegel im Abscheidegefäß dauernd konstant gehalten wird.

Die Gase werden weiter den als Wäschern und Ausgleichsgefäßen dienenden Druckbehältern W und W durch Zuleitungsröhren w, w' zugeführt, die bis zu einer Stelle y, y' über dem Boden in die Behälter hinabreichen. Dort werden die Gase von den mitgerissenen Elektrolytteilchen durch Emporschleudern durch Wasser gereinigt. Gleichzeitig können diese miteinander verbundenen Wäscher äußerst kleine Druckschwankungen in der weiteren Gasleitung durch ihr Verbindungsrohr ausgleichen, so daß sich wohl die Spiegelhöhen innerhalb der Wäscher verschieben können, nicht aber eine Spiegelverschiebung in Abscheidegefäßen A und A', somit eine Störung der Umläufe eintreten kann. Da die Wäscher mit Wasser gefüllt sind, sind sie nur zur Ausgleichung geringer Druckschwankungen verwendbar.

Größere Druckschwankungen können durch die Druckausgleichsvorrichtung D aufgenommen werden, in der in gleicher Weise wie bei den Wäschern statt Wasser Quecksilber verwendet wird, das naturgemäß infolge seines größeren Gewichtes in der Lage ist, auch größere Druckschwankungen aufzufangen. Von hier gehen die Gase in die Vorwärmer V und V und von dort in die Reiniger R und R', in denen die kleinen Verunreinigungen durch Erhitzen in Anwesenheit von Katalysatoren zu Wasser verbrannt werden. Die erhitzten, Wasserdampf enthaltenden Gase gehen durch die Vorwärmer zurück und geben im Gegenstrom ihre Wärme an die zu den Reinigern fließenden Gase ab. Durch die damit verbundene Abkühlung kondensiert der Wasserdampf.

Von hier gehen die Gase in die Regler sicherung B und B'. Diese besteht aus zwei Druckgefäßen, die zu einem gewissen Teil mit Quecksilber gefüllt sind. Dieses Quecksilber steht durch eine Rohrleitung mit einem Druckgefäß G in Verbindung, von dem aus ein Druckgas, z. B. Stickstoff, in Höhe des gewünschten Betriebsdruckes sowohl auf das Quecksilber wie auf die andere Seite der Reglermembran in dem eigentlichen Regler C, C drückt. Die erzeugten Gase kommen von dem Vorreiniger, gehen durch den oberen Teil der Reglersicherung und dann weiter zu dem unteren Teil des Reglers. Da im Betrieb der Gasdruck im Zersetzer den Druck des von oben auf die Membran drükkenden Gegengases übersteigt, ist die Membran nach oben durchgebogen und das Membranventil an der Unterseite des Reglers geöffnet, so daß das Gas in die Sammelleitung treten kann. Der Zweck der Reglersicherung besteht nun darin, die Reglermembranen vor zu großen Druckunterschieden zu sichern. Das Quecksilber in der Reglersicherung steht einerseits unter dem Druck der Zersetzergase, anderseits unter dem Druck des Gases im Gefäß Q₁ z. B. Stickstoff; somit gibt eine Differenz der Quecksilberspiegel im Gefäß der Reglersicherung und in der anschließenden Rohrleitung den Druckunterschied zwi- : sehen den beiden Membranseiten des Reglers an. In der Zeichnung ist z. B. auf der rechten Seite kein Unterschied zwischen dem Druckgas von oben und dem Zersetzergas von unten ■ auf die Membran des Reglers vorhanden, denn die Flüssigkeitsspiegel in der Reglersicherung stehen auf beiden Seiten gleich hoch. Dagegen hat auf der linken Seite der Zeichnung das Zersetzergas einen Überdruck gegenüber dem die Membranen des Reglers belastenden Druckgas.

Die Höhen der Quecksilbersäulen in der Reglersicherung sind so bemessen, daß ein die Membran schädigender Druck nicht auftreten kann, da bei einem bestimmten Höchstdruck die Säulen entweder nach oben oder unten Gas durchlassen. Sollte z. B. durch Verstopfen des rechten Reglerventils das Gas sich stauen und die Membranen immer mehr belasten, so würde die Säule der Reglersicherung bei einer bestimmten Höchstbelastung Gas nach oben durchströmen lassen. Die Folge davon ist, daß der Gesamtdruck der Anlage steigt, ohne daß schädliche Folgen für die Membranen des Reglers und vor allem aber schädliche Druckunterschiede in den Gasleitungen und dadurch die Gasreinheit schädigende Störungen der Umläufe stattfinden können. Ein anderes Beispiel wäre, daß die Anlage nur unter geringer Belastung steht und auf der einen Seite starke Undichtigkeiten aufgetreten sind. Die Reglersicherung läßt nun aus dem konstanten Druckraum G Gas nach der undichten Seite austreten. Die entsprechende Druckverminderung wird durch Abblasen des anderen Reglers auf die andere

Seite übertragen. Der Anlagedruck sinkt selbsttätig, ohne daß Rückschläge auf die Zersetzerumläufe auftreten können.

Derartige Druckunterschiede in den beiden Gasleitungen werden gemäß der Erfindung durch Pendelniveaumeter zur Anzeige gebracht. Das Pendelniveaumeter ist ein schwenkbar gelagertes kommunizierendes Rohr, das zum Teil mit einer Flüssigkeit,

ίο z. B. Quecksilber, gefüllt ist. Entgegengesetzt der durch verschiedene Gasdrücke erfolgenden Verschiebung der Flüssigkeit und demgemäß des Schwerpunktes bewegt sich der Schwerpunkt des Rohrsystems, und es erfolgt dementsprechend ein Ausschlag der angebrachten Zeigervorrichtung. Die Zuführung des Druckgases erfolgt durch Rohrspiralen oder Schläuche für hohen Druck. Diese sehr empfindliche Einrichtung kann im übrigen dazu benutzt werden, bei Benutzung von motorisch betriebenen Reglern das Ablassen der Gase aus dem Regler entsprechend den Ausschlägen des Pendelniveaumeters selbsttätig zu regeln.

Das Ventil 1 am Ausgleichsgefäß D unterbricht die Verbindung zwischen dem Wasserstoff und dem Sauerstoffraum. Im vorliegenden Fall ist das selbsttätige Ventil von einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, Quecksilber, oder anderen umgeben. Die Ventile 2 und 3 an der Reglersicherung B' und B verhindern den Zusammentritt des Füllgases im Gefäß G, das vorzugsweise ein inertes Gas, wie N₂ o. dgl., sein kann, mit dem Sauerstoff in B' und dem Wasserstoff in B. Diese beiden Ventile trennen also auch Sauerstoff und Wasserstoff voneinander, wenn diese auch erst mittelbar über das Gefäß G in Berührung kommen könnten. Die Ventile 6, 7, 8 und 9 verfolgen den gleichen Zweck in gleicher Weise. Auch die Ventile 10 und 11 dienen diesem Zweck, denn sie verhindern das Zurückschlagen der beiden Gase und eine Mischung derselben, die hier allerdings bei einem Druckunterschied durch die Leitungen a', i' und a, i erfolgen müßte. Die Ventile 12, 13 jedoch trennen nicht mehr die entgegengesetzten Gase, hier Wasserstoff und Sauerstoff, sondern versperren, wenn auch nach beiden Richtungen, nur den Weg des einen der beiden Gase. Die Ventile sind alle derart gebaut, daß sie bei normalem Betrieb, also bei normaler Geschwindigkeit, die Gaswege nach beiden Richtungen vollständig offen lassen, während bei einer Steigerung der Geschwindigkeit über einen gewissen Wert hinaus, der zweckmäßig etwa zweimal oder dreimal so groß angesetzt sein kann wie die normale Strömungsgeschwindigkeit, oder gar bei einem plötzlichen Stoß, wie er einem Rohrbruch folgt, die Ventile in einer der beiden Richtungen, und zwar immer nach der Seite des gerade vorhandenen niederen Drukkes, schließen.

Auf diese Weise ist ein sicheres Arbeiten der Anlage im wesentlichen gewährleistet; kleine unwesentliche Geschwindigkeitserhöhungen bringen die Ventile noch nicht zum Schließen, während bei großer Gasgeschwindigkeit die Absperrung selbsttätig vor sich geht.

Von den genannten Ventilen können natürlich einige, wie z. B. 6, 7, 8 und 9, so ausgeführt werden, daß sie nur nach einer Richtung schließen, andere jedoch, wie 1, 2, 3, 4, 5 usw., müssen nach beiden Richtungen schließen, wenn man nicht vorziehen sollte, an ihre Stelle je zwei nach verschiedenen Richtungen schließende zu setzen.

Die Anlage wird durch die genannten Ventile in verschiedene Gruppen oder Abschnitte unterteilt und so

1. verhindert, daß eine Mischung der beiden Gase stattfindet, und

2. in den einzelnen Gruppen keine Zerstörungen auf Grund großer Druckdifferenzen auftreten werden.

' An Stelle dieser selbsttätigen Ventile können sogenannte Schnellschlußventile angewendet werden.

Der Vorteil bei Verwendung von Schnellschlußventilen besteht darin, daß sie jederzeit zugänglich und nachprüfbar sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Schlußkraft beliebig gesteigert werden kann, so daß sie den höchsten Ansprüchen genügt, weil sie nämlich unabhängig von dem Stoß ist, der z. B. bei einem Rohrbruch entsteht. Die Servokraft, die zum Schließen des Ventils verwendet wird, kann einer stark gespannten Feder, von Motoren usw., entnommen werden. Die zur Auslösung der Servokraft erforderliche Kraft ist sehr gering und kann durch verschiedene Mittel, z. B. Elektromagnete, die von einem von Betriebsmitteldruck abhängigen empfindlichen Feingerät beigeschaltet werden, übertragen werden. Ein solches empfindliches Instrument ist z. B. eine Membran 14, die durch einseitigen Überdruck einen Kontakt schließt oder öffnet, oder ein kleines Pendelmanometer 15, vergleichbar den großen, wie sie zur Regelung benutzt werden. Zur besseren Absperrung wird man zweckmäßig vor das Steuergerät 14, 15 eine Flüssigkeitssäule, z. B. Quecksilber, schalten, die dem normalen Überdruck standhält; der Schließkontakt liegt vorteilhaft auf der Seite, wo neutrales Gas, z. B. Stickstoff, vorhanden ist. Bei Verwendung von Pendelmanometern für diesen Zweck wird die Funkenstrecke bzw. die Kontaktstelle in die Atmosphäre gelegt. Als Kontaktgeber kann schließlich auch ein einfaches U^wRohr 16 dienen, das eine Queck-

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silbersäule enthält. In dieses tl-Rohr 'sind die beiden Pole geführt. Beim Sinken des Wasserstoffdruckes wird der eine der beiden Pole freigelegt und der Strom unterbrochen. Die Schaltung ist hier, wie bei dem Steuergerät 14, nach dem Ruhstromprinzip durchgeführt. Sie kann aber auch mit einem normalerweise offenen Stromkreis durchgeführt werden, wie z. B. bei dem Gerät 15 gezeigt. Diese Ausführungsform soll weiter unten beschrieben werden.

Ein anderes Mittel zur Verhinderung der Bildung explosibler Gasmischungen bei Rohrbrüchen besteht darin, daß man die Füllhöhe der Gefäße, deren Teilgefäße auf der Wasserstoff- und Sauerstoff sei te unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeitssäule miteinander verbunden sind, derart bemißt, daß bei einseitiger Druckentlastung auf der entlasteten ao Seite zuerst alles Gas entweichen muß, bevor noch der letzte Rest der Flüssigkeit aus dem dazugehörenden Teilgefäß auf der anderen Seite herübergedrückt wird. Auf das , entweichende Gas folgt dann zuerst Flüssigkeit und erst nach einiger Zeit das Gas der anderen Seite. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Gesamtfüllung der beiden Gefäße gleich oder größer ist als der Rauminhalt eines der beiden Gefäße. Eine noch andere Möglichkeit, die in Fig. 2 gezeigt ist, besteht darin, zwischen die beiden Gefäße, die verschiedene Gase enthalten, ein drittes Gefäß H zu schalten, das mit einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllt ist. Bei einem Rohrbruch wird dann zunächst die darin enthaltene Flüssigkeit hinausgeschoben werden und so Trennung zwischen den beiden Gasen herbeiführen. Dieses dritte Gefäß kann aber auch mit einem neutralen Gas, z. B. Stickstoff, gefüllt sein, oder an das mit einer Flüssigkeit gefüllte Gefäß kann eine Stickstoffflasche angeschlossen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, ein neutrales Gas, z. B. Stickstoff, an alle wesentlichen der Explosionsgefahr ausgesetzten Stellen der Anlage zu führen, so daß bei Rohrbruch der betreffende Abschnitt der Anlage mit Stickstoff überflutet wird, und dadurch eine so große Verdünnung der beiden Mischgase erzielt wird, daß sie nicht mehr explosiv wirken können. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß man eine oder eine Anzahl von Stickstoffflaschen, die ungefähr unter dem gleichen, z.B. die Flaschen 21, oder einem höheren Druck, z. B. die Flaschen 20, wie die Anlage stehen, durch möglichst kurze und weite Rohrleitungen (Verminderung des Reibungswiderstandes bei starker Strömung) an jede einzelne Vorrichtungsgruppe anschließt. Die angeschlossenen Flaschen können durch selbsttätige oder mit Servokraft bediente Ventile, die bei Rohrbruch rasch öffnen, mit der Anlage verbunden sein. Sie können aber auch, wenn der Stickstoff druck nicht sehr viel höher als der Anlagedruck gewählt wird, durch einfache U-Rohre, die mit einer Flüssigkeit, z. B. Quecksilber, gefüllt sind, mit der Anlage verbunden sein. Die Quecksilbersäule braucht nur so groß zu sein, daß sie den normalen Überdruck aufnimmt. Bei Rohrbruch wird sie herausgeworfen, und der Stickstoff findet seinen Weg zu der gefährdeten Stelle. Diese Stickstoffflaschen können zugleich normalerweise zur Druckregelung dienen, indem sie das Druckgefäß G ersetzen oder an dieses angeschlossen sind. Auch kann das Gefäß G, wenn man es groß genug wählt, allein die eben beschriebene Aufgabe der Überflutung übernehmen. Die U-Rohre sind, wie bei 18 gezeigt, zweckmäßig so ausgebildet, daß schon bei einer kleinen Druckverminderung der Anlage unter den Stickstoffdruck der Stickstoff in die Anlage fließt.

Die Stickstoffgefäße können, wie schon erwähnt, durch mit Quecksilber gefüllte U-Rohre oder ähnlich wirkende Vorrichtungen mit den einzelnen Gruppen der Anlage, z. B. mit den einzelnen Gasräumen, verbunden sein; sie können aber auch wie bei 19 mit den Flüssigkeitsräumen der einzelnen Gefäße verbunden werden und durch die Flüssigkeit normalerweise abgesperrt werden.

Im Falle der Verwendung von Flaschen mit einem Stickstoff druck, der größer ist als der Anlagedruck, hält man zweckmäßig in der angrenzenden Rohrleitung den gleichen Stickstoffdruck, wie er im Gefäß G vorhanden ist, d. h. die Rohrleitung wird mit diesem Gefäß verbunden. Die Ventile, welche die StickstofffLaschen von der Rohrleitung trennen, werden dann im Bedarfsfalle durch eine Servokraft schnell geöffnet. Die Servokraft selbst wird durch Hilfsgeräte yon der Art der bei 14, 15, 16 gezeigten ausgelöst. In diesem Falle ist es zweckmäßig, daß das zu einer Flasche oder Flaschengruppe gehörende Hilfsgerät nur die dazugehörigen Ventile öffnet, die nicht zur Gruppe gehörigen Schnellschlußventile aber geschlossen bleiben oder abgesperrt werden, so daß alle anderen, nicht betroffenen Anlagegruppen abgesperrt sind und nur die eine Gruppe überspült wird. Auf diese Weise erreicht man, daß nicht die ganze Anlage in Unordnung gerät.

Bei Verwendung von Stickstoffflaschen dagegen, die den gleichen Druck besitzen wie ■ das Gefäß G₁ die also immer an der Rohrleitung angeschlossen sein können, kann zwar eine derartige Abschließung der einzelnen Anlagegruppen jedenfalls vorgenommen werden. Da aber durch Verminderung des Stickstoffdruckes durch Ausfließen an sich eine

allgemeine Drucksenkung der Anlage eingeleitet wird, ist es besser, in diesem Falle die Apparatgruppen nicht abzuschließen, sondern sie verbunden zu lassen, weil dann die Druck-Senkung selbsttätig bis zum Atmosphärendruck weitergeht, ohne daß ein Durcheinandergeraten der einzelnen Flüssigkeits- und Gasmengen zu befürchten ist.

Die Größe des bereitzustellenden Stickstoffvo volumens hängt natürlich von der Größe der in der Anlage beim Betrieb vorhandenen Wasserstoff- und Sauerstoffmengen ab. Man wird die Stickstoff menge so groß wählen, daß keinesfalls ein explosibles Gemisch entstehen kann, sondern daß das Gemisch durch den Stickstoff so verdünnt wird, daß auch bei Zündung eine Explosion ausgeschlossen ist. Im vorerwähnten Falle der gleichmäßigen Drucksenkung wird man vorteilhaft die Verbindungsrohre der Gefäße, die eine Flüssigkeitsverbindung herstellen und auf beiden Seiten entgegengesetzte Gase enthalten, wie z. B. der Druckausgleicher D₁ so bauen, daß die mit Flüssigkeit gefüllten Verbindungsrohre sehr tief unter die Gefäße herunterreichen, so daß beim Umspringen der Flüssigkeit ein großer Druckunterschied zu überwinden ist. Auf diese Weise ist es dann möglich, auch während eines gewaltsamen Abblasens oder einer Drucksenkung_ die beiden Gase zu trennen. Natürlich kann man in diesem wie auch in den früheren Fällen die einzelnen erwähnten Gegenstände kombinieren, so daß man anstatt der Verlängerung der Rohrleitung auch zu einem selbsttätig schließenden Ventil greift. Ebenso ist es möglich, irgendwelchen Widerstand, z. B. Stauscheiben von sehr kleinem lichten Durchmesser, in das Rohr einzubauen, wodurch der Widerstand so vergrößert wird, daß eine gewisse Zeit zum Durchtreiben der Flüssigkeit erforderlich ist, während welcher die Drucksenkung der Anlage vollendet sein dürfte.

Der Einbau der Stickstoffüberflutungsanlage gibt auch die Möglichkeit, Stickstoffflaschen zu verwenden, deren Druck höher ist als der Druck in der gemeinsamen Stickstoffrohrleitung. Die Steuerung der Servomotoren erfolgt hier durch das Instrument 15, das beim Ausschlagen einen normalerweise offenen Stromkreis schließt. Bei dieser Anordnung herrscht auf der Stickstoffseite der gleiche Druck wie im Gefäß G. Die Stickstoffflaschen 20 können den gleichen Druck oder auch einen höheren Druck besitzen und sind im letzteren Falle einzeln oder gruppenweise durch Ventile von der Rohrleitung getrennt. Diese Ventile werden dann im Bedarfsfalle eben von den Instrumenten ausgelöst, d. h. geöffnet.

Die Wirkungsweise der angeführten Vorrichtungen soll nun an Hand der Zeichnung für einzelne Fälle besprochen werden.

Beispieli

Die Anlage ist nur mit den nach beiden Seiten selbsttätig abschließenden Ventilen 1 bis 13 ausgerüstet. Eine Stickstoff leitung, die an einzelne Gruppen der Anlage führt, soll nicht vorhanden sein. Es wird angenommen, daß plötzlich das Verbindungsrohr von V nach B' platzt. Sofort tritt ein großer Druckabfall ein; die Ventile 12, 2, 4 und 7 schließen diesen Teil der Anlage vollständig von den anderen Teilen ab. Die anderen Teile bleiben unter gleichem Druck stehen, folglich finden keine Zerstörungen statt. Das geplatzte Rohr kann ersetzt werden, der abgesperrte Anlageteil wird mit Stickstoff auf den Betriebsdruck gebracht, wobei dann die Ventile von selbst wieder öffnen. Man kann aber auch während des Ausbesserns des geplatzten Rohres die andern Teile der Anlage für sich durch angebrachte Ventile abblasen lassen und nach Beendigung der Reparatur die Gesamtanlage mittels Stickstoff wieder unter Betriebsdruck setzen und in Betrieb nehmen.

Beispiel 2

Die Anlage sei anstatt mit den eben bezeichneten Ventilen mit Schnellschlußventilen in gleicher Anzahl und an gleicher Stelle ausgerüstet. Bei Schnellschlußventilen, die durch einen Elektromagneten zur Auslösung gebracht werden, müssen Geräte zur Schaltung des Elektromagneten vorhanden sein. Dies kann im gleichen Störungsfall wie im Beispiel 1 durch einen Kontakt 22 geschehen, der von dem Pendelmanometer P' geschlossen wird. Tritt nun z. B. ein Bruch der Rohrleitung zwischen dem Abscheidetopf A' und dem Druckausgleich D' ein, so wird auch in diesem Falle der Kontakt 22 geschlossen, wie man sich leicht durch Verfolgung der Strömung klar machen kann. Man kann aber auch für diese Gruppe ein besonderes Pendelmanometer anordnen, das genau so arbeitet wie das Pendelmanometer P', natürlich aber schneller eingreifen wird, da es der Stelle näher liegt.

Beispiel3

Es wird angenommen, die Anlage sei weder mit Schnellschluß- noch mit anderen selbsttätigen Ventilen ausgerüstet. Dagegen seien Flüssigkeitsfüllungen in den Gefäßen so bemessen, daß bei Überschlagen kein entgegengesetztes Gas in- den Raum des anderen Gases gelangen kann. Zu diesem Zweck sei der Druckausgleicher D gewählt und der Fall betrachtet, daß auf der Wasserstoffseite ein Rohr bricht. Sofort wird die Quecksilber-

menge zur Wasserseite hinübergetrieben. Es kann aber erst dann Sauerstoffgas hinübergelangen, wenn das Wasserstoffgas vollständig entwichen ist, da gemäß der Erfindung die Quecksilberfüllung größer ist als der Rauminhalt des Gefäßes auf der Wasserstoffseite. Der auf der Wasserstoffseite vorhandene große Druckabfall wird veranlassen, daß der Stickstoff durch das Gefäß B in die Wasserstoffseite übertritt, während durch diesen Übertritt der Stickstoffdruck vermindert wird, so daß auch der Sauerstoffdruck geringer wird und so einerseits weniger Bestreben hat, im Ausgleicher D auf die Wasserstoffseite zu gelangen. Um dies ganz zu verhindern, wird das mit Quecksilber gefüllte Verbindungsrohr des Druckausgleichers D so weit unter das Gefäß· geführt, daß hier ein bedeutend höherer Druckunterschied zu überwinden ist als für den Stickstoff im Gefäß B. Der in dem Abscheidetopf A in dem Wäscher W enthaltene Wasserstoff wird durch den Ausgleicher entweichen. Man kann also auch in diesem Falle ohne Zuhilfe-

a5 nähme von Ventilen eine Vermischung der beiden Gase verhindern.

Beispiel 4

Zwischen die beiden Gefäße des Druckausgleichers D ist ein drittes Gefäß H eingesetzt (s. Fig. 2) und mit beiden Gefäßen durch Ausgleichleitungen verbunden. Das Gefäß H sei mit Quecksilber ganz oder nur zum Teil und zum Teil mit Wasser oder einer andern Flüssigkeit gefüllt. Beim Überschlagen, das durch einen großen Druckabfall, z. B. auf der Sauerstoffseite, hervorgerufen wird, wird auch bei vollständiger Entleerung des Wasserstoffgefäßes und Nachdrücken des Wasserstoffes dieser doch nicht in das Sauerstoffgefäß gelangen, sondern sich im oberen Teil des Gefäßes H absetzen.

Beispiel 5

Das Gefäß H kann zum größten Teil mit Stickstoff gefüllt sein und nur zu kleinem Teil mit Quecksilber oder Wasser, das gerade noch ausreicht, um eine Druckausgleichung zwischen beiden Gefäßen des Druckausgleichers zu bewerkstelligen. In diesem Falle wird beim Überschlagen der hindurchreißende Sauerstoff so mit Stickstoff verdünnt, daß keine explosible Gasmischung auftreten kann.

Beispiel 6

Es wird der Fall betrachtet, daß an jeder Apparategruppe oder an mehreren Gruppen eine Stickstoffleitung angeschlossen ist, die unter dem gleichen Druck steht wie das Gefaß G, an die außerdem noch mehrere Stickstoffbehälter 21 von ausreichendem Inhalt angeschlossen sein können und deren Ventile geöffnet sind, so daß Druckgleichheit besteht. Der Anschluß der einzelnen Apparategruppen erfolgt durch . mit Quecksilber gefüllte U-Rohre oder andere Vorrichtungen (z. B. 17, 18). Angenommen wird wieder ein Rohrbruch zwischen B' und V'· In diesem Falle wird der Stickstoff durch das U-Rohr sofort die Bruchstelle überfluten und ausströmen. Der Druck der Anlage sinkt allmählich durch das Sinken des Stickstoffdruckes; Druckunterschiede in den einzelnen Anlageteilen treten nicht auf.

Beispiel;?

Angenommen, daß an jeder Apparategruppe oder an mehreren Gruppen eine gemeinsame Stickstoffleitung angeschlossen sei, die den gleichen Druck wie das Gefäß G aufweist, daß jedoch die einzelnen Stickstoffflaschen 20 durch Ventile von der Rohrleitung abgeschlossen sind und unter höherem Druck wie die Rohrleitung stehen. In diesem Falle werden beim Bruch einer Rohrleitung, z. B. der Rohrleitung von V nach B, die Kontakte der Instrumente 14 und 16 geöffnet und durch elektrische Übertragung eine öffnung der Flaschenventile herbeigeführt. Da die einzelnen Vorrichtungen auch kombiniert angewen- go det werden können, wird angenommen, daß sich bei 3, 5 und 13 Schnellschlußventile befinden. In diesem Falle werden dann gleichzeitig diese Schnellschlußventile geschlossen, ebenso werden die in die gemeinsame Stick-Stoffrohrleitung eingebauten Schnellschlußventile 23 und 24 geschlossen, so daß der Druckabfall sich nur auf den kleinen Apparateteil erstreckt. Die Schnellschlußventile 23 und 24 können in diesem Falle von den Instrumenten 14 und 16 geschlossen werden, außerdem kann 24 noch durch das Instrument 15, das Schnellschlußventil 23 vom Pendelmanometer P durch Kontakt 26 geschlossen werden. In diesem Falle werden also die Schnellschlußventile der gemeinsamen Rohrleitung von je zwei Instrumenten ausgeschaltet werden können, zwischen denen eben das Ventil liegt. So schaltet 15 die Ventile 24 und 25, die Geräte 14 und 16 schalten 23 und 24 usw.

Die Geräte 14, 15, 16, P, P' usw. können gleichzeitig mit der Auslösung der Schnellschlußventile, dem öffnen der Stickstoffflaschen usw. die Unterbrechung des elektrisehen Stromkreises bewerkstelligen, so daß kein weiteres Gas mehr entsteht.

Im Falle des vollständigen Abblasens der Anlage bei Rohrbrüchen und der Wiederinbetriebsetzung oder überhaupt bei jeder Inbetriebsetzung der Zersetzeranlage geschieht dies am besten dadurch, daß die Zersetzer-

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anlage mit Stickstoff oder anderen neutralen Gasen auf den Betriebsdruck gebracht wird, wobei zweckmäßig der Arbeitsstrom erst nach beendigter Unterdrucksetzung eingeschaltet wird.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   i. Betriebssicherung an einer Druckzersetzeranlage, insbesondere für Wasserzersetzung, bei der auf beiden Seiten (Wasserstoff- und Sauerstoffseite) außer den Abscheidegefäßen Wäscher, Reiniger, Ausgleichsgefäße, Sammler und ähnliche Hilfsgeräte, durch Rohrleitungen verbunden, angeordnet sind und bei denen die einzelnen Geräte der einen Seite mit den entsprechenden Geräten der anderen Seite unter Einschaltung von Flüssigkeitssäulen in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl in die je zwei Geräte der einen Seite verbindenden Rohrleitungen wie auch in die entsprechende Geräte beider Seiten verbindenden Rohrleitungen selbsttätige Ventile eingebaut sind, die geöffnet bleiben, solange die normalen Strömungsgeschwindigkeiten des gasförmigen oder flüssigen Betriebsmittels nicht überschritten werden, jedoch bei plötzlichen Druckänderungen über ein vorausbestimmtes Maß sich nach der Seite des geringeren Drucks hin selbsttätig schließen.
2. 2. Ausführungsform der Betriebssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Absperrmittel Schnellschlußventile verwendet werden, zu deren Bedienung die erforderliche Servokraft einem durch ein vom Betriebsmitteldruck beeinflußten Feingerät (Membran, Pendelmanometer o. dgl.) gesteuerten Motor (Elektromagnet o. dgl.) entnommen wird.
3. 3. Betriebssicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem den Servomotor steuernden Feingerät.(i4, 15) eine dem normalen Betriebsmitteldruck standhaltende Flüssigkeitssäule, z. B. Quecksilber, vorgeschaltet ist.
4. 4. Betriebssicherung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des elektrischen Servomotors ein mit Quecksilber gefülltes U-Rohr (16) verwendet wird, in das die beiden Pole so eingeführt sind, daß bei Verschiebung der Quecksilbersäule einer der Pole freigelegt wird.
5. 5. Betriebssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gefäßen, deren Teilgefäße auf der Wasserstoff- und Sauerstöffseite unter Zwischenschaltung einer Flüssigkeitssäule verbunden sind, das Gesamtvolumen der Flüssigkeitsfüllung mindestens gleich groß ist wie der Rauminhalt jedes der beiden Teilgefäße.
6. 6. Ausführungsform der Betriebssicherung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Teilgefäße ein mit einer Flüssigkeit oder einem neutralen Gas gefülltes Gefäß (H) eingeschaltet ist.
7. 7. Betriebssicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen oder Abschnitte der Anlage mit einer Stickstoffquelle so in leitender Verbindung stehen, daß jeder Abschnitt bei plötzlicher Druckentlastung selbsttätig mit Stickstoff oder einem anderen neutralen Gas überflutet wird.
8. 8. Verfahren zum Inbetriebsetzen oder Wiederinbetriebsetzen der Druckzersetzeranlage unter Benutzung der Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzeranlage mit Stickstoff oder anderen neutralen Gasen auf den Betriebsdruck gebracht wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen