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Verfahren zur Regelung des Dampfdruckes in Flüssiggas-Behältern Bei
der Aufbewahrung sowie -beim Transport von leicht verdampfenden Flüssigkeiten, insbesondere
von Flüssiggasen, wie Flüssigsauerstoff, Flüssigstickstof£ u. dgl., läßt es sich
trotz guter Isolierung der Behälter nicht vermeiden, daß durch Kälteverluste laufend
ein Teil der Flüssigkeit verdampft, der bei geschlossenem Behälter durch Sicherheitsventile
oder auf sonstige Weise unschädlich gemacht werden muß, um einen unzulässigen Druckanstieg
im Behälter zu vermeiden.
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Dieser Kälteverlust ruft - durch die Behälterform, die Wärmeausdehnung
sowie die verhältnismäßig schlechte Wärmeleitfähigkeit der im Behälter befindlichen
Flüssigkeit bewirkt - eine Wärmeschichtung in äer Weise hervor, daß sieh eine warme
obere Schicht bildet, unterhalb welcher kühlere Flüssigkeit liegt; dabei bestimmt
die Temperatur der meist nur dünnen wärmeren Oberschicht der Flüssigkeit den Tankdruck
im Behälter.
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Um dieser Wärmeschichtung und damit der Entstehung eines unerwünscht
hohen Behälterdruckes zu begegenen, ist bereits vorgeschlagen worden, mittels einer
im Behälter angeordneten Umwälzpumpe einen Wärmeaustausch innerhalb der Flüssigkeit
herbeizuführen. Auch ist es schon bekannt, .den Tankdruck durch Absaugen von Dampf
aus dem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gelegenen Raum zu verringern, wobei dieser
Dampf in einem zusätzlichen Gerät rekondensiert und in flüssiger Form wieder in
den Behälter eingeleitet wird. Andererseits hat man in Fällen, in denen der Behälterinhalt
durch eine Flüssigkeits-bzw. Flüssiggaspumpe entleert wird, wozu ein gewisser Tankdruck
sowie Wärmeschichtung erwünscht
ist, .die Wärmeschichtung beispielsweise
durch Anordnung einer auf dem Flüssigkeitsspiel schwimmenden Korkschrotschicht stabilisiert.
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Die Erfindung geht nun von der Überlegung aus, daß im praktischen
Betrieb vielfach abwechselnd ein höherer oder tieferer Tankdruck benötigt wird,
so daß das Bedürfnis besteht, diesen Druck - je nach den in Frage kommenden Erfordernissen
-regeln zu können. Es ist jedoch nicht möglich, die für diesen Fall -angestrebte
Erhöhung oder Herabminderung des Tankdruckes indem Behälter durch einfache Übernahme
der geschilderten bekannten Maßnahmen zu erreichen, da diese jeweils nur dazu bestimmt
und geeignet sind, entweder eine Herabininderung ,des Behälterdruckes oder aber
eine Einhaltung der Wärmeschichtung hervorzurufen. Auch durch die Kombination dieser
Maßnahmen läßt sich das gewünschte Ziel nicht erreichen; dazu kommt, daß durch den
Einbau einer Umwälzpumpe oder .einer Absau,geeinrichtung in den Behälter zusätzlich
Kälteverluste entstehen, die unerwünscht sind.
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Unter Zugrundelegung der Tatsache, daß es bekannt ist, zur Erhöhung
des im Tank herrschenden Druckes `stoffgleichen Dampf bzw. stoffgleiches Gas in
den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels gelegenen Raum einzuleiten, wird erfindungsgemäß
eine in jeder Beziehung einwandfreie und ausreichende Regelung des Dampfdruckes
nach oben oder unten mit einfachsten Mitteln dadurch ermöglicht, daß das stoffgleiche
Medium wahlweise - je nachdem, ob der Dampfdruck erhöht oder herabgesetzt werden
soll - entweder in an sich bekannter Weise in den Raum über dem Flüssigkeitsspiegel
geleitet oder aber den untersten Schichten der Flüssigkeit im Behälter zugeführt
wird. Im ersten Fall wird der Dampfdruck erhöht, im zweiten Fall dagegen herabgesetzt,
da der Dampf während des Durchperlens durch die kühleren Schichten des Behälterinhaltes
kalte Flüssigkeit von unten nach oben befördert und somit die den Dampfdruck bestimmende
wärmere obere Schicht von kälterer Flüssigkeit durchbrochen wird, wodurch sowohl
das eingeleitete Gas als auch ein Teil des über dem Flüssigkeitsspiegel befindlichen
Gases kondensiert. Eine besonders gute Wirkung wird dabei dann erreicht, wenn der
eingeführte Dampf bzw..das eingeführte Gas mit einer zur Erzielung einer intensiven
Aufwitbelung ,des Behälterinhaltes ausreichenden Geschwindigkeit in die untere Flüssigkeitsschicht
eingeblasen wird. -Dieses Verfahren läßt sich so lange fortführen, bis ,der gesamte
flüssige Tankinhalt die zudem Tankdruck gehörende Sättigungstemperatur erreicht
hat.
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Der Dampf bzw. das Gas kann jeder beliebigen und geeigneten Quelle
entnommen werden. Beispielsweise wird hierfür eine Hochdruckflasche benutzt oder
aber eine entsprechende Erzengung:s-oder Vorratsanlage angezapft, wobei gegebenenfalls
auch aus dem Behälter selbst stammende Flüssigkeit nach Verdampfung dem gedachten
Zweck zugeführt werden kann. Auch stoffgleicher Abdampf irgendwelcher Herkunft kann
dazu benutzt werden, in welchem Fall vorzugsweise der beim Vorkühlen und Betrieb
entstehende Abdampf der zum Entleeren des Behälters dienenden Fiüssiggaspumpe benutzt
wird.
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Die wahlweise Einleitung des stoffgleichen Dampfes bzw. Gases in den
oberen oder unteren Bereich des Behälters kann entweder durch von Hand betätigte
Ventile oder aber selbsttätig geregelt werden. Im letzten Fall wird vorteilh; ft
der im Behälter herrschende Dampfdruck benutzt, um die Umschaltung .der Ventile
zu steuern. Auch die Zu- und Abschaltung der den Dampf bzw. das Gas liefernden Anlage
kann durch den Dampfdruck im Behälter gesteuert werden.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zweckmäßig
eine Anordnung gewählt, wie sie an sich bereits bei Umfüllanlagen für Flüssiggas
bekannt ist, um einen Standtank von einem Transporttank aus aufzufüllen. Um vor
Füllungsbeginn den im Standtank noch vorhandenen Gasinhalt höheren Druckes in den
einen niedrigeren Druck aufweisenden Transporttank überzuleiten, ist hierbei der
Standtank mit dem Transporttank durch eine sich in zwei Teilleitungen gabelnde Zuleitung
verbunden, deren einer Zweig in den Dampfraum des Transportbehälters einmündet,
während der andere Zweig in der Nähe des Behälterbodens in die Flüssigkeit eingeführt
wird. Ungeachtet der völlig anderen Aufgabe, die dieser Anordnung bei den bekannten
Umfüllanlagen zufällt, wird von ihr in vorteilhafter Weise bei der Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung Gebrauch gemacht, die sich ausschließlich darauf
bezieht, den Dampfdruck in Flüssiggastanks - je nach den in Frage kommenden Bedürfnissen
-beliebig zu erhöhen oder zu erniedrigen.
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Dabei kann in weiterer erfindungsgemäßer Au-,-bildung der an sich
bekannten Leitungsführungen an der Abzweigstelle -der .beiden Teilleitungen eine
gemeinsame Umschaltvorrichtung angebracht werden. Sowohl in diesem Fall als auch
bei der Verwendung von gesonderten Ventilen für jede der beiden Teilleitungen, wie
bei den bekannten Leitungsführungen vorgesehen, bringt es wesentliche Vorteile für
den praktischen Betrieb mit sich, wenn diese Ventile bzw. .die Umschaltvorrichtung
als selbsttätig wirksame Anlagen ausgebildet sind. Auf diese Weise kann man den
stoffgleichen Dampf bzw.,das stoffgleiche Gas entweder in den oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
gelegenen Raum einströmen lassen und so den Dampfdruck erhöhen oder aber von unten
her in die Flüssigkeit einblasen, so daß der Dampf bzw. .das Gas durch diese hindurchperlt
und so den Dampfdruck senkt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird also der wesentliche Vorteil
erreicht, daß der Druck im Dampfraum des Behälters erniedrigt werden kann, ohne
daß Dampf abgeblasen werden mwß, und daß außerdem - bei Verwendung einer Hochdruckabfüllpumpe
- die Abdämpfe oder Gase, die in der Pumpe entstehen, zum Behälter zurückgeführt
werden können, ohne daß der Behälterdruck unzulässig ansteigt. Dies ist vor allem
beim
Beginn des Umfüllens von Bedeutung, bei welchem sich durch das Vorkühlen der Pumpe
beträchtliche Mengen Abdampf ergeben. Die Abdampfmengen, und zwar sowohl die vor
Inbetriebnahme der Pumpe als auch die während des Pumpvorganges entstehenden, gehen
nicht mehr verloren bzw. müssen nicht mehr einem Gasometer zugeführt und nachträglich
wieder komprimiert werden, und es sind auch keine Maßnahmen zu ihrer Unscnä.dlichmachung
erforderlich. D.er Abdampf dient vielmehr unmittelbar zur Dampfdruckregelung, derart,
daß er dazu benutzt wird, um einerseits den beim Pumpen gewünschten Dampfdruck hervorzurufen
und/oder einzuhalten und andererseits einwandfrei unterkühlte Flüssigkeit der Pumpe
zuzuführen, d. h. Flüssigkeit, .deren Temperatur mit Sicherheit unter der Siedetemperatur
liegt, was zur Erreichung eines guten volumetrischen Wirkungsgrades der Pumpe eine
notwendige Voraussetzung ist. Die bauliche Ausgestaltung der entsprechenden Einrichtung
ist dabei äußerst einfach und betriebssicher und kann ohne Beeinträchtigung an jedem
Aufbewahrungs- oder Transportbehälter angebracht werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht eine beispielsweise Ausführungsform
einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Flüssigsauerstoff dienenden,
aus einem Standtank und mit diesem verbundener Umfüllpumpe bestehenden Anlage in
schematischer Darstellung.
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Der Aufbewahrungsbehälter i für den flüssigen Sauerstoff ist in üblicher
Weise mit einem Isoliermantel 2 versehen. Die in dem Behälter befindliche Flüssigkeit
3 läuft durch natürliches Gefälle über die Leitung q. der Umfüllpumpe 5 zu, die
in beliebiger, nicht näher wiedergegebener Weise angetrieben wird. Von dem hinter
der Pumpe angeordneten Rückschlagventil 6 führt die Hochdruckleitung 7 für das Flüssiggas
zum Verdampfer.
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Der in der Pumpe 5 entstehende Abdampf wird über die Leitung 8 abgeführt,
wobei sieh diese Leitung nach ihrem Eintritt in den Isoliermantel 2 in die beiden
Zweigleitungen 9 und io teilt. Die Leitung 9 endet in dem Dampfdom i i des Behälters
i, während die Leitung io sich durch das Behälterinnere bis kurz oberhalb des Behälterbodens
erstreckt. In der Leitung q. ist unmittelbar unter dem Behälter i das Absperrventil
12 vorgesehen, während in die Leitungen 9 und io nach der Abzweigstelle die Absperrventile
13 und 14 eingebaut sind. Aus dem Dampfdom 9 führt eine Abzweigleitung 15 zum Gasometer;
diese Leitung ist mit einem Gasometer 16, einem Sicherheitsventil 17 sowie einem
Absperrventil 18 versehen. Die Füllung des Behälters i mit dem Flüssiggas erfolgt
über den Stutzen i9 an der Behälteraußenwand.
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Die Anlage wird in nachstehend beschriebener. Weise betrieben: Zunächst
wird die Pumpe 5 vorgekühlt, zu welchem Zweck das Ventil 18 geschlossen und die
Ventile 12 und 13 geöffnet werden. Das über die Leitung q. in die Pumpe 5 einströmende
Flüssiggas verdampft im Pumpenzylinder, wobei der entstehende Abdampf durch die
Leitungen 8 und 9 in den Behälter i gelangt. Je nach der Höhe des Flüssigkeitsstandes
im Behälter steigt der Tankdruck mehr oder weniger schnell an. Gleichzeitig sinkt
die Temperatur des Pumpenkörpers und der Verbindungsleitungen ab.
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Währenddes Vorkühlens und auch. des Pumpens bildet sich durch teilweise
Kondensation des zur Tankdruckerhöhung eingeführten .gasförmigen Sauerstoffs eine
wärmere Schicht auf .der Oberfläche des Behälterinhaltes, deren Temperatur der Verdampfungstemperatur
bei dem vorhandenen Tankdruck entspricht. Es entsteht an der Oberfläche ein Gleichgewichtszustand,
so daß nur wenig gasförmiger Sauerstoff kondensiert oder Flüssigsauerstoff verdampft.
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Sobald der Druck im Behälter i in die Nähe des zugelassenen Betriebdruckes
steigt, wird das Ventil 1.4 geöffnet und das Ventil 13 geschlossen. Dadurch wird
der von der Pumpe 5 ko@nmende gasförmige Sauerstoff über die Leitungen 8 und io
von unten her in den flüssigen Sauerstoff 3 im Behälter i eingedrückt. Der Behälterinhalt
wird .auf diese Weise aufgewirbelt und die an der Oberfläche liegende wärmere Flüssigsauerstoffschieht
durch den von unten kommenden kälteren Sauerstoff aufgerissen. Die Folge davon ist,
daß ein Teil des über dem Flüssigkeitsspiegel befindlichen gasförmigen Sauerstoffs
kondensiert und der Tankdruck fällt.
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Durch entsprechende wechselweise Betätigung der Ventile 13 und 14.
läßt sich sehr einfach und ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen der gewünschte Tankdruck
erreichen. Sollte dieser durch Unachtsamkeit oder eine Störung in der Anlage über
die zulässige Grenze .ansteigen, so bläst der Überdruck durch das-Sicherheitsventil
17 ab.
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An Stelle der beiden Einzelventile 13 und 14. kann auch eine an der
Abzweigstelle der beiden Leitungen 9 und io eingebaute gemeinsame Umschaltvorrichtung
angebracht werden. In beiden Fällen kann die Betätigung statt durch Hand auch selbsttätig
durch den herrschenden Tankdruck gesteuert werden.
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Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise verwirklichen
und ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So sind insbesondere
Anordnung und Ausbildung der Pumpe nebst deren Antriebsaggregat sowie des Behälters
für das Flüssiggas durchaus behäbig und richten sich jeweils lediglich nach den
Erfordernissen des einzelnen Falles. Ebenso können die die Pumpe mit dem Behälter
verbindenden Leitungen sowie die Absperrglieder und sämtliche Armaturen auf jede
den Gegebenheiten der Praxis angepaßte Art vorgesehen werden, sofern nur durch die
Möglichkeit der wahlweisen Einleitung stoffgleichen Dampfes oder Gases in den oberen
oder unteren Bereich des Behälters eine in gewissen Grenzen 'beliebige Regelung
des Dampfdruckes im Behälter erreicht werden kann.