EP2310116B1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen mischen von ausgespeichertem erdgas mit sauerstoff zu einem brenngas für eine erwärmung des unter druck stehenden erdgases vor oder nach seiner entspannung - Google Patents
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- EP2310116B1 EP2310116B1 EP20090775871 EP09775871A EP2310116B1 EP 2310116 B1 EP2310116 B1 EP 2310116B1 EP 20090775871 EP20090775871 EP 20090775871 EP 09775871 A EP09775871 A EP 09775871A EP 2310116 B1 EP2310116 B1 EP 2310116B1
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Definitions
- the invention relates to an apparatus for the continuous mixing of stored natural gas with oxygen to a fuel gas for heating the pressurized natural gas before or after its expansion, with a closed mixing vessel with connections for a natural gas supply, an oxygen introduction and a fuel gas discharge.
- Natural gas is to be preheated prior to pressure reduction during the withdrawal, eg from underground storage tanks, in order to compensate for the Joule-Thomson effect. It is known to continuously burn a portion of the Aus Grandestromes in a so-called "inline reactor" under controlled supply of oxygen. In this process, temperatures of up to 400 ° C are achieved by catalytic conversion of oxygen with natural gas directly in the gas stream taken from the memory. The heat is used by direct mixing of the hot combustion gases in the cold gas stream for continuous heating. This procedure is in the EP 0 920 578 B1 described.
- a mixing device upstream of a catalytic combustion device wherein the natural gas is arranged in the center of the mixing zone. Downstream of the natural gas supply is a Mixed insert of corrugated material used. A bed of ceramic grain material is arranged as a thermal barrier in front of the catalyst.
- the invention has for its object to provide a device that ensures a safe dosage of oxygen in continuously flowing natural gas.
- the mixing section provided in the known "in-line heating", that is to say within a natural gas line, is now designed as a closed mixing container. Its function is to supply a cold natural gas stream, which is introduced into the mixing vessel, high pressure oxygen in the gaseous state at a temperature of about 5 to 30 ° C via the oxygen inlet and the natural gas within the mixing chamber of the container via the manifold at a High pressure of eg To mix 70 to 170 bar.
- the mixing chamber is complete and the manifold at least partially filled with a self-ignition complicating bed of ceramic grain material.
- the bed of ceramic grain material ensures an increase in operational safety; because it offers an inert behavior, so it does not participate in a reaction with one of the gases to be mixed. It shows a very low and therefore advantageous thermal conductivity, so that the released in a possible ignition within the mixing container heat can not damage the container wall.
- the material also has the advantageous property of a high melting point, whereby, with a possible ignition, no formation of channels by melting is possible.
- Part of a safety device of the device are also equipments of the mixing chamber of the container with temperature sensors.
- the mixing container is advantageously designed as a stationary container, which has at the bottom the connection for the natural gas supply line and at the top the connection for the fuel gas discharge.
- the advantageous working principle of the device allows a cold mixing of oxygen and natural gas at high pressures, taking into account a certain concentration centrally in a equipped with the ceramic bed and with safety monitoring by probe standing container.
- the introduced in the container bed with insulating and inert effect is, especially in standing containers, safe to discharge and wear-resistant by its high density at small defined cavities. This prevents the propagation of flames within the container should auto-ignition occur.
- the container inner wall is temperature-monitored.
- the container is, the bed remains constant during operation obtained and always has small cavities, because then, if particles of the ceramic grain material would be torn by the sharp flow, immediately slipping takes place.
- the ceramic grain material of the bed is a high-density alumina in spherical form with a homogeneous particle size distribution of 1.5 to 3 mm.
- the safety against ignition during the mixing of the fuel gas from natural gas and oxygen within the container serving measure provides that the mixing zone on the inflow side has a flow velocity in the mixing zone increasing, concentric cross-sectional constriction.
- the flow velocity of the incoming natural gas is increased by the concentric cross-sectional constriction, which can also be referred to as built-in reduction, in the area before the actual mixing zone in the container so that the turbulence caused in the natural gas flow optimum mixing with the incoming oxygen in the mixing tube surrounding area ,
- the range of ignitability of the natural gas-oxygen mixture, So the fuel gas is thus very fast drive through.
- the inert ceramic fill prevents flame development.
- the distributor tube has outlet slots in its tube wall, which runs parallel to the surrounding walls of the mixing container.
- the outlet slots are dimensioned so that particles of the bulk ceramic grain material present in the distributor tube can not be torn through the outlet slots by the oxygen flowing in the distributor tube or can be pressed from the outside into the distributor tube.
- the exit slits produce the effect of a screen while at the same time having an advantageous effect on the mixing effect of the oxygen flowing out of the distributor tube into the mixing zone through the exit slits.
- the mixing container is advantageously designed double-walled in the region of the mixing zone of the mixing chamber, wherein an insulating material is arranged between the outer mixing container wall and the inner mixing chamber wall.
- the inner mixing chamber wall may e.g. consist of a stainless steel sheet, which is welded circumferentially with the outer mixing tank wall, wherein in the space a lining with ceramic wool to protect the mixing chamber wall against thermal influences is arranged.
- three circumferentially evenly distributed, fast-responding temperature sensor with protective tube are welded. This makes it possible to monitor the temperature increase during a possible ignition of the natural gas-oxygen mixture permanently and safety-oriented.
- the temperature sensors are integrated in a safety device.
- the safety device has with particular advantage a connected to the oxygen inlet nitrogen purge. Upon reaching a temperature rise detected in the mixing tank by the temperature sensors, the oxygen addition by the safety device is immediately stopped and a purging process with nitrogen is introduced into the oxygen introduction port.
- a redundant measuring and control device is integrated in the oxygen inlet and in the natural gas supply.
- the safety device limits this oxygen concentration, wherein the monitoring is performed by the measuring and control device.
- two different series-connected measuring methods of flow measurement, differential pressure measurement on a diaphragm and ultrasonic measurement are used, the values of which are processed in the safety device. As a result, on the one hand given a redundancy and on the other hand there is a possibility of comparison.
- the preselected parameters of the mixing process are, determined by experiments, under the auto-ignition of the fuel gas mixed from natural gas and oxygen, wherein the state in the process is permanently monitored by the safety-related measurement technique.
- Fig. 1 shows a view of an apparatus for continuously mixing stored natural gas with oxygen to a fuel gas for heating the pressurized natural gas before or after its relaxation.
- the mixing section 1 is formed, which ends in the fuel gas discharge line 10 with flange 15.
- the mixing container 2 forming the mixing section 1 is a standing container with legs 5, at the lower ends of which base plates 6 are located, which serve to anchor the mixing container 2 on a standing surface.
- Legs 5 and bottom plates 6 form a stand for the mixing container 2, the bottom flows over the flange 3 and the natural gas supply 8 natural gas, and is entered into the via the oxygen inlet 9 with the flange 4 oxygen, which mixes in the mixing tank with the natural gas becomes.
- the gas mixture forms a fuel gas which is discharged via the fuel gas discharge line 10 with the flange 15 from the mixing container 2.
- temperature sensor 7 At the periphery of the mixing container 2, distributed evenly around the circumference, temperature sensor 7 is attached.
- Fig. 2 shows a side view of the vertical container 2, which forms the mixing section 1, in a longitudinal section.
- the same components are designated by the same reference numerals as in Fig. 1 ,
- Fig. 2 indicates that in the interior of the mixing container 2, a mixing chamber 11 is formed, which is filled with a bed of ceramic grain material.
- the bed of ceramic grain material is indicated by microcircuits drawn.
- the manifold is also with the bed of ceramic grain material, here a high-density alumina in spherical form with a homogeneous grain size distribution of 1.5 to 3 mm filled, as indicated here.
- the inserts serve 30 and 31 in the inlets 8, 9 and the insert 32 in the outlet 10. At the same time carried by the inserts 30, 31 and 32, a homogenization of the flow in the manner of a multi-aperture.
- Fig. 2 illustrates further that the temperature sensor 7 with protective tube 15 in a region corresponding to the arrangement of the outlet slots 14 in the manifold 12, are arranged in the mixing vessel wall 16.
- the mixing container 2 is double-walled in the region of the mixing zone of the mixing chamber 11, an insulating material 18 being arranged between the outer mixing container wall 16 and the inner mixing chamber wall 17.
- the mixing zone formed in the interior of the mixing chamber has on the inflow side a concentric cross-sectional constriction 19 which increases the flow velocity in the mixing zone.
- the cross-sectional constriction 19 may be e.g. a formed from sheet metal funnel, which is placed in the lower end of the mixing vessel directly over the mouth of the natural gas feed line 8.
- Fig. 3 shows a side view of the entire device with mixing tank and its connections for a natural gas inlet 8 and for an oxygen inlet 9 with the respective upstream of these connections fittings a safety device, with nitrogen flushing system and with control valves for the introduction of oxygen.
- a check valve 20 is connected upstream and a shut-off valve 21, in front of, seen in the direction of the natural gas supply line, again a valve for measuring quantity 22 is arranged.
- the supply of natural gas takes place in the direction of arrow 23.
- a non-return valve 20 ' is again arranged on the inflow side, in front of which, seen in the inflow of the oxygen, a shut-off valve 21' and a device for measuring oxygen quantity 22 'sits.
- the latter fittings are components of the safety device of the device, which also includes the here only indicated nitrogen extinguishing system 24 with the outlet side existing fittings 25 and 26.
- Another device for oxygen quantity measurement is designated 22 ".
- a control valve for the introduction of oxygen, which controls the inflowing in the direction of arrow 27 oxygen in the amount is denoted by 28.
- valves are part of the safety device, which can control and control technology to work according to a program with which the measured values of the temperature, the pressure and the amount of oxygen and the natural gas introduced into the mixing chamber processed and the corresponding shut-off and control fittings 21st and 28 and 21 ', respectively.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff zu einem Brenngas für eine Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner Entspannung, mit einem geschlossenem Mischbehälter mit Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung, eine Sauerstoffeinleitung und eine Brenngasableitung.
- Erdgas ist bei der Ausspeicherung, z.B. aus Untergrundspeichern, zur Kompensation des Joule-Thomson-Effektes vor der Druckreduzierung vorzuwärmen. Es ist bekannt, einen Teil des Ausspeicherstromes in einem sogenannten "Inline-Reaktor" unter geregelter Zufuhr von Sauerstoff kontinuierlich zu verbrennen. Bei diesem Verfahren werden durch katalytische Umsetzung von Sauerstoff mit Erdgas direkt im aus dem Speicher entnommenen Gasstrom Temperaturen von bis zu 400°C erreicht. Die Wärme wird durch direktes Einmischen der heißen Verbrennungsgase in den kalten Gasstrom zur kontinuierlichen Erwärmung genutzt. Dieses Verfahren ist in der
EP 0 920 578 B1 beschrieben. - Nach der
US 2005/1095185 A1 ist auch eine Mischvorrichtung stromauf von einer katalytischen Verbrennungsvorrichtung bekannt, wobei das Erdgas im Zentrum der Mischzone angeordnet ist. Stromab der Erdgaszufuhr ist ein Mischeinsatz aus Wellmaterial eingesetzt. Eine Schüttung aus keramischem Kornmaterial ist als thermische Barriere vor dem Katalysator angeordnet. - Es hat sich gezeigt, daß eine Selbstzündung des Gasgemisches bei einem Vorgang der Zudosierung von Sauerstoff zum Erdgas grundsätzlich niemals ganz ausgeschlossen werden kann. Die Selbstzündung von Erdgas-Sauer-stoff-Gemischen ist druck- und temperaturabhängig. Eine erhöhte Sauerstoffkonzentration führt bereits zu einer Reaktion und zum Verbrennen im Gasstrom, und damit zu einer Druck- und Temperaturerhöhung, auch ohne einen Katalysator. Unter den realen technischen Bedingungen einer Erdgas-Ausspeicherungsanlage, mit der derzeit bekannten und verfügbaren Meß- und Regeltechnik und in Verbindung mit der Sicherheitstechnik, die mit heute bekannten Mitteln verwirklicht werden kann, ist eine Zudosierung von Sauerstoff in Erdgas mittels eines Brenners, Diffusionsbrenners oder einer Vormischkammer, wie es in der
EP 0 920 578 beschrieben ist, nicht sicher beherrschbar. - Aufgrund der hohen Temperaturen, die bei einer direkten Zündung an der Austrittsstelle des Sauerstoffs entstehen, ist die freie Einströmung des Sauerstoffs in den Erdgasstrom nicht zu empfehlen. Außerdem versagt der Einsatz bekannter Zünd- und Überwachungseinrichtungen schon nach kürzester Zeit.
- Andererseits hat sich gezeigt, daß eine "kalte" Dosierung von Sauerstoff in das Erdgas zur exothermen Reaktion an einem Katalysator zu keinem Erfolg führt. Die Vorwärmung des Erdgas-Sauerstoff-Gemisches auf Aktivierungstemperatur des Katalysators bei gleichbleibender Konzentration vor der Entspannung führt jedoch regelmäßig zu einer nicht kontrollierbaren Selbstzündung und demzufolge nicht zu der erwünschten katalytischen Umsetzung des Gemisches aus Erdgas und Sauerstoff.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine sichere Dosierung von Sauerstoff in kontinuierlich strömendes Erdgas gewährleistet.
- Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 angegeben.
- In erfindungsgemäßer Weise ist die bei der bekannten "Inline-Erwärmung", also innerhalb einer Erdgasleitung, vorgesehene Mischstrecke nunmehr als geschlossener Mischbehälter ausgebildet. Dessen Funktion besteht darin, einem kalten Erdgasstrom, der in den Mischbehälter eingeleitet wird, Hochdruck-Sauerstoff im gasförmigen Zustand mit einer Temperatur von ca. 5 bis 30°C über die Sauerstoffeinleitung zuzuführen und dem Erdgas innerhalb der Mischkammer des Behälters über das Verteilerrohr bei einem Hochdruck von z.B. 70 bis 170 bar beizumischen.
- Die Mischkammer ist vollständig und das Verteilerrohr zumindest teilweise mit einer die Selbstzündung erschwerenden Schüttung aus keramischem Kornmaterial gefüllt. Die Schüttung aus keramischem Kornmaterial gewährleistet eine Steigerung die Betriebssicherheit; denn sie bietet ein inertes Verhalten, nimmt also nicht an einer Reaktion mit einem der zu mischenden Gase teil. Es zeigt eine sehr geringe und deshalb vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit, sodaß die bei einer möglichen Zündung innerhalb des Mischbehälters freigesetzte Wärme die Behälterwand nicht beschädigen kann.
- Das Material hat auch die vorteilhafte Eigenschaft eines hohen Schmelzpunktes, wodurch, bei einer möglichen Zündung, keine Bildung von Kanälen durch Aufschmelzung möglich ist.
- Bestandteil einer Sicherheitseinrichtung der Vorrichtung sind auch Ausrüstungen der Mischkammer des Behälters mit Temperaturmeßfühlern.
- Des weiteren ist der Mischbehälter mit Vorteil als stehender Behälter ausgebildet, der unten den Anschluß für die Erdgaszuleitung und oben den Anschluß für die Brenngasableitung aufweist.
- Das vorteilhafte Arbeitsprinzip der Vorrichtung ermöglicht eine kalte Vermischung von Sauerstoff und Erdgas bei hohen Drücken unter Beachtung einer bestimmten Konzentration zentral in einen mit der keramischen Schüttung und mit Sicherheitsüberwachung durch Meßfühler ausgestatten stehenden Behälter. Die im Behälter eingebrachte Schüttung mit isolierender und inerter Wirkung, ist, insbesondere bei stehenden Behältern, austragssicher und verschleißfest durch seine hohe Dichte bei kleinen definierten Hohlräumen. Dies verhindert eine Ausbreitung von Flammen innerhalb des Behälters, falls doch eine Selbstzündung auftreten sollte. Zusätzlich ist die Behälterinnenwand temperaturüberwacht.
- Dadurch, daß der Behälter steht, bleibt die Schüttung konstant während des Betriebs erhalten und weist stets kleine Hohlräume auf, weil dann, wenn Partikel des keramischen Kornmaterial durch die scharfe Strömung herausgerissen würden, sofort ein Nachrutschen erfolgt.
- Dieses Nachrutschen wird noch weiter dadurch verbessert, daß das keramische Kornmaterial der Schüttung ein hochverdichtetes Aluminiumoxid in Kugelform mit einer homogenen Korngrößenverteilung von 1,5 bis 3 mm ist.
- Eine weitere, der Sicherheit gegen Zündung während der Mischung des Brenngases aus Erdgas und Sauerstoff innerhalb des Behälters dienende Maßnahme sieht vor, daß die Mischzone zuströmseitig eine die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischzone erhöhende, konzentrische Querschnittsverengung aufweist.
- Die Strömungsgeschwindigkeit des einströmenden Erdgases wird durch die konzentrische Querschnittsverengung, die auch als eingebaute Reduzierung bezeichnet werden kann, im Bereich vor der eigentlichen Mischzone im Behälter so erhöht, daß die verursachten Turbulenzen im Erdgasstrom eine optimale Durchmischung mit dem eintretenden Sauerstoff im das Mischrohr umgebenden Bereich ergeben. Der Bereich der Zündfähigkeit des Erdgas-Sauerstoff-Gemisches, also des Brenngases, wird somit sehr schnell durchfahren. Zusätzlich verhindert die inerte Keramikschüttung eine Flammenentwicklung.
- Das Verteilerrohr weist in seiner Rohrwand, die parallel mit den umgebenden Wandungen des Mischbehälters verläuft, Austrittsschlitze auf. Die Austrittsschlitze sind mit Vorteil so bemessen, daß Partikel der auch im Verteilerrohr vorhandenen Schüttung aus keramischem Kornmaterial nicht vom im Verteilerrohr strömenden Sauerstoff durch die Austrittsschlitze hindurchgerissen werden können oder von außen in das Verteilerrohr drückbar sind. Die Austrittsschlitze erzeugen die Wirkung eines Siebes bei gleichzeitig vorteilhafter Auswirkung auf die Mischwirkung des durch die Austrittsschlitze aus dem Verteilerrohr in die Mischzone abströmenden Sauerstoffs.
- Der Mischbehälter ist in vorteilhafter Weise im Bereich der Mischzone der Mischkammer doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen der außen liegenden Mischbehälterwand und der innen liegenden Mischkammerwand ein Isoliermaterial angeordnet ist. Die innere Mischkammerwand kann z.B. aus einem Edelstahl-Blech bestehen, das mit der außen liegenden Mischbehälterwand umlaufend verschweißt wird, wobei im Zwischenraum eine Auskleidung mit keramischer Wolle zum Schutz der Mischkammerwand gegen thermische Einflüsse angeordnet ist.
- Sämtliche Maßnahmen und Einbauten haben die Wirkung, daß die Risiken einer Selbstzündung bei der kontinuierlichen Einmischung von Sauerstoff in einen Erdgasstrom innerhalb des Mischbehälters der erfindungsgemäßen Vorrichtung herabgesetzt sind.
- Dazu trägt in besonders vorteilhafter Weise auch bei, daß an der innen liegenden Mischkammerwand in einem Bereich, welcher der Anordnung der Austrittsschlitze am Verteilerrohr entspricht, mehrere Temperaturmeßfühler mit Schutzrohr am Umfang der außen liegenden Mischbehälterwand gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
- Vorzugsweise sind im Bereich der Sauerstoffaustrittsschlitze in die innen liegende Mischkammerwand drei am Umfang gleichmäßig verteilte, schnell ansprechende Temperaturmeßfühler mit Schutzrohr eingeschweißt. Dies ermöglicht, die Temperaturerhöhung bei einer möglichen Zündung des Erdgas-Sauerstoff-Gemisches permanent und sicherheitsgerichtet zu überwachen. Dazu sind die Temperaturmeßfühler in eine Sicherheitseinrichtung integriert.
- Die Sicherheitseinrichtung weist mit besonderem Vorteil eine an die Sauerstoffeinleitung angeschlossene Stickstoffspülanlage auf. Bei Erreichen eines von den Temperaturmeßfühlern registrierten Temperaturanstiegs in dem Mischbehälter, wird die Sauerstoffzugabe durch die Sicherheitseinrichtung sofort gestoppt und ein Spülprozeß mit Stickstoff in den Anschluß für die Sauerstoffeinleitung eingeleitet.
- Des weiteren trägt zur Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung auch bei, daß in die Sauerstoffeinleitung und in die Erdgaszuleitung jeweils eine redundante Meß- und Regeleinrichtung integriert ist. Diese erlaubt eine genaue Zudosierung des Sauerstoffs bis z.B. maximal 3 Mol %. Die Sicherheitseinrichtung begrenzt diese Sauerstoffkonzentration wobei die Überwachung durch die Meß- und Regeleinrichtung erfolgt. In den Leitungen für die Einleitung von Erdgas und Sauerstoff sind jeweils zwei verschiedene in Reihe geschaltete Meßverfahren der Durchflußmessung, und zwar Differenzdruckmessung an einer Blende und Ultraschallmessung, zum Einsatz gebracht, deren Werte in der Sicherheitseinrichtung verarbeitet werden. Hierdurch ist zum einen eine Redundanz gegeben und zum anderen besteht eine Vergleichsmöglichkeit.
- Die vorgewählten Parameter des Mischprozesses liegen, ermittelt durch Versuche, unter der Selbstzündung des aus Erdgas und Sauerstoff gemischten Brenngases, wobei der Zustand im Prozeß permanent durch die sicherheitsgerichtete Meßtechnik überwacht wird.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1:
- eine Ansicht eines geschlossenen Mischbehälters einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff;
- Fig. 2:
- eine Seitenansicht des Mischbehälters im Längsschnitt, und
- Fig. 3:
- eine schematische Ansicht der Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen mit schematisch angedeuteten, den Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung und eine Sauerstoffeinleitung vorgeschalteten Armaturen.
-
Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff zu einem Brenngas für eine Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner Entspannung. Über den mit einem Flansch 3 ausgerüsteten Anschluß 8 für eine Erdgaszuleitung in den Mischbehälter, und über den mit Flansch 4 ausgerüsteten Anschluß für eine Sauerstoffeinleitung 9 zum Mischbehälter 2, ist die Mischstrecke 1 ausgebildet, die in der Brenngasableitung 10 mit Flansch 15 endet. - Der die Mischstrecke 1 bildende Mischbehälter 2 ist ein stehender Behälter mit Standbeinen 5, an deren unteren Enden sich Bodenplatten 6 befinden, die der Verankerung des Mischbehälters 2 auf einer Standfläche dienen.
- Standbeine 5 und Bodenplatten 6 bilden ein Standgerüst für den Mischbehälter 2, dem unten über den Flansch 3 und die Erdgaszuleitung 8 Erdgas zuströmt, und in den über die Sauerstoffeinleitung 9 mit dem Flansch 4 Sauerstoff eingegeben wird, der in dem Mischbehälter mit dem zugeströmten Erdgas vermischt wird.
- Das Gasgemisch bildet ein Brenngas, welches über die Brenngasableitung 10 mit dem Flansch 15 aus dem Mischbehälter 2 abgeleitet wird.
- An der Peripherie des Mischbehälters 2 sind, gleichmäßig auf den Umfang verteilt, Temperaturmeßfühler 7 angebracht.
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Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht des stehenden Behälters 2, der die Mischstrecke 1 bildet, in einem Längsschnitt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet wie inFig. 1 . -
Fig. 2 läßt erkennen, daß im Inneren des Mischbehälters 2 eine Mischkammer 11 ausgebildet ist, die mit einer Schüttung aus keramischem Kornmaterial gefüllt ist. Die Schüttung aus keramischem Kornmaterial ist durch eingezeichnete Mikrokreise angedeutet. - In dem eine Mischzone ausbildenden Zentrum der Mischkammer 11 ist ein mit dem Anschluß 9 für eine Sauerstoffeinleitung verbundenes Verteilerrohr 12 angeordnet. Die freie Endseite des Verteilerrohres 12 ist mit einer Endkappe 13 verschlossen. Der Abschnitt der Rohrwand des Verteilerrohres 12, der parallel mit den umgebenden Wandungen des Mischbehälters 2 verläuft, ist mit Austrittsschlitzen 14 versehen.
- Das Verteilerrohr ist ebenfalls mit der Schüttung aus keramischem Kornmaterial, hier einem hochverdichteten Aluminiumoxid in Kugelform mit einer homogenen Korngrößenverteilung von 1,5 bis 3 mm gefüllt, wie es hier angedeutet ist.
- Zur Verhinderung des Austragens der Schüttung dienen die Einsätze 30 und 31 in den Einlässen 8, 9 sowie der Einsatz 32 im Auslaß 10. Gleichzeitig erfolgt durch die Einsätze 30, 31 und 32 eine Vergleichmäßigung der Strömung nach Art einer Viellochblende.
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Fig. 2 verdeutlicht des weiteren, daß die Temperaturmeßfühler 7 mit Schutzrohr 15 in einem Bereich, welcher der Anordnung der Austrittsschlitze 14 im Verteilerrohr 12 entspricht, in der Mischbehälterwand 16 angeordnet sind. - Der Mischbehälter 2 ist im Bereich der Mischzone der Mischkammer 11 doppelwandig ausgebildet, wobei zwischen der außen liegenden Mischbehälterwand 16 und der innen liegenden Mischkammerwand 17 ein Isoliermaterial 18 angeordnet ist.
- Die im Inneren der Mischkammer ausgebildete Mischzone weist zuströmseitig eine die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischzone erhöhende konzentrische Querschnittsverengung 19 auf. Die Querschnittsverengung 19 kann z.B. ein aus Blech geformter Trichter sein, der umgekehrt in das untere Ende des Mischbehälters unmittelbar über die Einmündung der Erdgaszuleitung 8 gesetzt ist.
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Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht der gesamten Vorrichtung mit Mischbehälter und seinen Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung 8 und für eine Sauerstoffeinleitung 9 mit den jeweils diesen Anschlüssen vorgeschalteten Armaturen einer Sicherheitseinrichtung, mit Stickstoffspülanlage und mit Regelarmaturen für die Sauerstoffeinleitung. - Gleiche Bauteile sind wiederum mit gleichen Bezugszahlen wie in
Fig. 1 undFig. 2 bezeichnet. - Dem unteren Anschluß für die Erdgaszuleitung 8 ist eine Rückschlagarmatur 20 vorgeschaltet sowie eine Absperrarmatur 21, vor der, in Richtung der Erdgaszuleitung gesehen, wiederum eine Armatur zur Mengenmessung 22 angeordnet ist.
- Die Zuleitung des Erdgases erfolgt in Richtung des Pfeils 23.
- In der Sauerstoffeinleitung 9 mit dem Eingangsflansch 4 ist zuströmseitig wiederum eine Rückschlagarmatur 20' angeordnet, vor der, in Zuströmrichtung des Sauerstoffs gesehen, eine Absperrarmatur 21' sowie ein Gerät zur Sauerstoff-Mengenmessung 22' sitzt.
- Die letztgenannten Armaturen sind Bestandteile der Sicherheitseinrichtung der Vorrichtung, zu der auch die hier lediglich angedeutete Stickstofflöschanlage 24 mit den abgangsseitig vorhandenen Armaturen 25 und 26 gehört.
- Ein weiteres Gerät zur Sauerstoff-Mengenmessung ist mit 22" bezeichnet.
- Eine Regelarmatur für die Sauerstoffeinleitung, die den in Richtung des Pfeils 27 zuströmenden Sauerstoff in der Menge regelt, ist mit 28 bezeichnet.
- Auch diese Armaturen sind Bestandteil der Sicherheitseinrichtung, die steuerungs- und regelungstechnisch nach einem Programm arbeiten kann, mit dem die Meßwerte der Temperatur, des Druckes und der Menge des Sauerstoffes und des in die Mischkammer eingeleiteten Erdgases verarbeitet und über die entsprechenden Absperr- und Regelarmaturen 21 und 28 bzw. 21' gesteuert wird.
Claims (12)
- Vorrichtung zum kontinuierlichen Mischen von ausgespeichertem Erdgas mit Sauerstoff zu einem Brenngas zur Erwärmung des unter Druck stehenden Erdgases vor oder nach seiner Entspannung, mit einer Mischstrecke mit Anschlüssen für eine Erdgaszuleitung, eine Sauerstoffeinleitung und eine Brenngasableitung,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mischstrecke (1) als geschlossener Mischbehälter (2) ausgebildet ist, der eine Mischkammer (11) aufweist, in deren eine Mischzone ausbildendem Zentrum ein mit dem Anschluß (9) für eine Sauerstoffeinleitung verbundenes Verteilerrohr (12) für Sauerstoff angeordnet ist,
daß die Mischkammer (11) vollständig und das Verteilerrohr (12) zumindest teilweise mit einer Schüttung aus keramischem Kornmaterial gefüllt sind,
daß die Mischkammer (11) des Mischbehälters (2) mit Temperaturmeßfühlern (7) für eine Temperaturmessung ausgerüstet ist, und
daß der Mischbehälter (2) als ein stehender Behälter ausgebildet ist, der unten den Anschluß für die Erdgaszuleitung (8) und oben den Anschluß für die Brenngasableitung (10) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischzone zuströmseitig eine die Strömungsgeschwindigkeit in der Mischzone erhöhende, konzentrische Querschnittsverengung (19) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verteilerrohr (12) in seiner Rohrwand, die parallel mit den umgebenden Wandungen des Mischbehälters (2) verläuft, angeordnete Austrittsschlitze (14) aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das keramische Kornmaterial der Schüttung ein hochverdichtetes Aluminiumoxid in Kugelform mit einer homogenen Korngrößenverteilung von 1,5 bis 3 mm ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß (9) des Verteilerrohres (12), der Anschluß für die Erdgaszuleitung (8) und der Anschluß für die Brenngasableitung (10) mit siebartigen Einsätzen (30, 31; 32) ausgerüstet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischbehälter (2) im Bereich der Mischzone der Mischkammer (11) doppelwandig ausgebildet ist, wobei zwischen der außen liegenden Mischbehälterwand (16) und der innen liegenden Mischkammerwand (17) ein Isoliermaterial (18) angeordnet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der innen liegenden Mischkammerwand (17) in einem Bereich, welcher der Anordnung der Austrittsschlitze (14) am Verteilerrohr (12) entspricht, mehrere Temperaturmeßfühler (7) mit Schutzrohr (15) am Umfang der Mischbehälterwand (16) gleichmäßig verteilt angeordnet sind.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßfühler (7) hinsichtlich ihrer Meßfunktionen in eine Sicherheitseinrichtung integriert sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung eine an die Sauerstoffeinleitung (9) angeschlossene Stickstoffspülanlage (24) aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in die Sauerstoffeinleitung (9) und in die Erdgaszuleitung (8) jeweils eine Meß- und Regeleinrichtung integriert ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meß- und Regeleinrichtung wenigstens ein Durchflußmengenmeßgerät (22, 22', 22") aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinrichtung mit mindestens einer Regelarmatur (28) für die Sauerstoffeinleitung ausgerüstet ist.
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