EP4186602B1 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von rohrleitungen oder systemen mittels modulierenden druckgasimpulsen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur reinigung von rohrleitungen oder systemen mittels modulierenden druckgasimpulsen Download PDF

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EP4186602B1
EP4186602B1 EP21210953.2A EP21210953A EP4186602B1 EP 4186602 B1 EP4186602 B1 EP 4186602B1 EP 21210953 A EP21210953 A EP 21210953A EP 4186602 B1 EP4186602 B1 EP 4186602B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
section
pipeline
flushing
cleaning
liquid
Prior art date
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Active
Application number
EP21210953.2A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP4186602A1 (de
EP4186602C0 (de
Inventor
Hans-Gerd Hammann
Sebastian IMMEL
Norbert Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hammann Engineering GmbH
Original Assignee
Hammann Engineering GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Hammann Engineering GmbH filed Critical Hammann Engineering GmbH
Priority to EP21210953.2A priority Critical patent/EP4186602B1/de
Priority to PCT/EP2022/074854 priority patent/WO2023057157A1/de
Publication of EP4186602A1 publication Critical patent/EP4186602A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4186602B1 publication Critical patent/EP4186602B1/de
Publication of EP4186602C0 publication Critical patent/EP4186602C0/de
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/02—Cleaning pipes or tubes or systems of pipes or tubes
    • B08B9/027—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages
    • B08B9/032—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing
    • B08B9/0321—Cleaning the internal surfaces; Removal of blockages by the mechanical action of a moving fluid, e.g. by flushing using pressurised, pulsating or purging fluid
    • B08B9/0326—Using pulsations

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for cleaning pipelines or systems by applying modulating compressed gas pulses to a pipeline section partially filled with flushing liquid to form alternating liquid blocks and gas blocks, which are pulsed along a flushing section from a feed point through the pipeline to remove deposits on the Pipe walls are driven to an exit point.
  • a device for flushing and cleaning a pipeline in which a shut-off valve and a backflow preventer are arranged one behind the other in the air supply line and in the flushing liquid line and in which a pressurized compensation tank is arranged in the air supply line after the backflow preventer.
  • a flushing section is set up between a first tap as a feed point for compressed air and a second tap as a flushing water outlet, which is flushed by the flowing stream of water
  • flushing pressure above a high network pressure is applied at several intervals.
  • the EP patent 2 674 228 B1 describes a method for removing deposits and/or biofilms in a pipeline, in which a gas or gas mixture is applied to an at least partially liquid-filled pipeline using pressure pulses at a feed point before the flushing section.
  • a gas or gas mixture is applied to an at least partially liquid-filled pipeline using pressure pulses at a feed point before the flushing section.
  • the pipeline is partially emptied with the gas or gas mixture except for a remaining amount of liquid.
  • a modulating compressed gas supply is then carried out via one or more high-pressure pressure pulses, whereby mini water blocks are formed in the pipeline, which are driven through the pipeline at high speed.
  • the compressed gas supply is immediately readjusted with the same or a higher pressure. This causes water blocks to form again, which collide at high speed with the mini water blocks in front, which thereby receive additional propulsion.
  • This procedure was implemented in an embodiment variant in the EP patent 2 815 816 B1 optimized in such a way that the cleaning phase is divided into an initial rest phase, a run-in phase and an impulse phase.
  • the flushing section is filled with liquid and then partially emptied during the run-in phase by introducing a gas or a gas mixture.
  • the flushing section is supplied with the gas or gas mixture using several sequences of at least two pulses. At the end of a sequence and until the beginning of the next sequence, a pause phase is introduced in which the pressure is reduced and the flushing section is partially filled.
  • the cleaning section is brought into a partially filled state by throttling the input slide and carefully applying compressed air from the unit. During the entire measure, the pressure always remains below the operating pressure of the pipeline to be cleaned. Then the actual cleaning begins.
  • compressed compressed air is metered into the partially filled pipe section by the control software of the control unit. There the air can expand suddenly and thereby form impulse-like cleaning packages made up of water and air blocks.
  • the effectiveness of cleaning depends primarily on the speed at which these packages move through the pipeline. In the pulse flushing process, the speeds are often over 15 m/s, often even well over 20 m/s. Acceleration effects have a decisive influence on the effectiveness of cleaning. To form blocks, the surface of the water resting in the bottom of the pipe is brought to speed in fractions of a second. Acceleration and speed together cause a drag voltage that is orders of magnitude greater with the pulse flushing process than with simple water flushing.
  • Hygienic and hydraulic aspects play a role when using the pulse flushing process.
  • the hygienic aspect is always a priority when cleaning drinking and raw water pipes.
  • deposits in a pipeline or system e.g. a heat exchanger
  • deposits in a pipeline or system also increase the energy required to transport water.
  • Deposits affect the hydraulics of pipelines.
  • the energy required to transport the water and thus the power requirements of the pumps increase when the cross section of the pipe narrows due to the deposits.
  • Due to the deposits in the pipeline the delivery pressure increases as the cross-section narrows, while at the same time the volume flow (flow rate) decreases.
  • the efficiency of a pump also decreases.
  • a decreasing volume flow (flow rate) in turn means longer pumping times for the same volume or quantity of water.
  • Pigging technology is often used to maintain pipelines in paint and coatings industries. Areas that cannot be pigged, such as pumps or branches, are rinsed with water or other aqueous media. However, these processes are not suitable for completely removing product residues from the systems. In addition, significant amounts of wastewater are generated during flushing, with corresponding disposal costs. Product residues in the systems, in turn, harden over time and form stubborn deposits, which significantly increases the cleaning effort. Plant shutdowns and corresponding financial losses are the result. New limit values for biocides or preservatives also present plant operators with further challenges in terms of operational hygiene.
  • the method according to the invention for cleaning pipelines or systems is a pulse rinsing method and is based on applying modulating compressed gas pulses to a pipeline section partially filled with rinsing liquid (e.g. water or process liquid) to form alternating liquid blocks and gas blocks, which are pulsed along a rinsing section from a feed point through the pipeline be driven to an exit point to remove deposits on the pipeline walls.
  • rinsing liquid e.g. water or process liquid
  • compressed gas usually includes a compressed gas or gas mixture.
  • gas includes not only pure gases, but also gas mixtures.
  • Compressed air is preferably used as the compressed gas in the present invention.
  • other gases or gas mixtures can also be used as compressed gas, for example argon, nitrogen or carbon dioxide.
  • the pressure level is preferably between 3 and 8 bar.
  • a feed section is arranged in front of the flushing section to accelerate the liquid volume in the pipeline or the system, the feed section being partially filled with the flushing liquid and dimensioned in terms of its line geometry, its line diameter and/or its line length in such a way that the application of a compressed gas mixture (preferably compressed air) can completely form the liquid blocks within the flow section in order to travel through the line cross section of the subsequent flushing section, filling the line.
  • a compressed gas mixture preferably compressed air
  • the term “flushing section” refers to the pipe section or system section of the pipe to be cleaned or the system to be cleaned.
  • the rinsing section therefore corresponds to the cleaning section.
  • heating liquid refers to the medium used for rinsing or cleaning, for example water, process liquid or product liquid.
  • system refers to fixtures or branches that are typically associated with a change in pipe diameter. Examples of such built-in parts or systems are pumps, heat exchangers, fittings, filters, pumps, sieves, distributors, Containers, gas scrubbers, reactors, or hydrogenation plants. This list is not limiting and includes other installations that are part of a modern product line system.
  • feed section describes a pipe section that is arranged in front of the actual flushing section or cleaning section.
  • the method according to the invention is characterized in that the energy required for cleaning is significantly reduced compared to the conventional pulse rinsing method. Furthermore, the efficiency of the process is improved by arranging the feed section before the actual flushing section.
  • the flow path for the liquid blocks arranged in front of the flushing section means that the liquid blocks can form within the pipeline or the system section to fill the line up to the beginning of the flushing section.
  • the lead section therefore has the function of an acceleration section for the liquid blocks that form and ensures that they are completely formed in the cleaning section before the start of the rinsing section.
  • partial filling of the flow section with a liquid volume of approximately 10 to 30% of the line diameter is sufficient.
  • the flushing section must be precisely defined, taking into account the pipe topography, i.e. pipe diameters, cross sections and nominal values of the cleaning section are taken into account. If a pipe diameter changes, individual flushing sections are defined and the individual cleaning sections are sealed off or decoupled from the rest of the pipe system. This is preferably done via valves, slides or locking fittings.
  • Built-in parts such as pumps or filters are preferably part of a separate flushing section within the production system.
  • forward and reverse cleaning is also preferably carried out in order to increase efficiency. Forward and reverse cleaning means with or against the flow direction of the process medium that prevails during operation.
  • flushing and “cleaning” are used synonymously according to the invention and denote either a flushing or a cleaning of a pipeline or a system, whereby one can also cause the other.
  • a cleaning section is therefore always also a rinsing section and vice versa.
  • the feed section is dimensioned in terms of its diameter or length so that the alternating gas and liquid blocks form when pulsed with a compressed gas mixture, filling the line up to the end of the feed section and before the start of the flushing section. The one at the Deposits or product residues present on the pipe wall are removed via the shear forces and wall shear stresses that develop.
  • the pressurization on the flow path and the amount of flushing liquid are adjusted so that the flushing liquid is accelerated in a pulse-like manner within the flow path, but before the flushing path, to a liquid block filling the line with a flow speed of at least 15 m/s.
  • the lead path runs upwards.
  • the lead section is arranged upwards relative to the horizontal plane, at least in some areas with a gradient of > 0°.
  • the course of the subsequent flushing section is then rather secondary; it can run in any angular range.
  • the angular range of the lead path is between >0° and ⁇ 90° relative to the horizontal plane, i.e. with an upward slope.
  • the lead section can also include different line sections with different pitch angles. Due to the angle of inclination of the flow path, the flushing liquid can collect in the bottom area of the partially filled line section of the flow path. This means that the liquid block can form efficiently when pressure is applied and can be brought to the desired speed.
  • the volume and the length of the feed section are made dependent on the nominal width and topography of the subsequent flushing section.
  • the length of the flow section corresponds to at least 10 times the line diameter of the flushing section.
  • the diameter of the feed section should correspond to at least half the diameter of the flushing section.
  • cleaning by the method according to the invention is largely independent of the geometry of the system, since the flushing section is always defined according to the line topography or the system topography by nominal values such as geometry, length, diameter and / or dimension of individual line sections or built-in parts of the system be taken into account. If necessary, corresponding pipe or system sections are decoupled from the flushing section.
  • system components or apparatus can remain installed, for example measuring devices for pressure, temperature, mass flow, volume flow or conductivity. This shortens system downtimes and reduces costs.
  • the water volume in the flow section the water required for cleaning or The amount of liquid required to change the product is significantly reduced, which results in a significant reduction in costs.
  • control valves or other fittings in the system are adjusted so that they offer as little resistance as possible to the gas and liquid blocks of the cleaning process according to the invention.
  • Apparatus such as reactors, heat exchangers or gas scrubbers can be specifically cleaned via the nearest entry points and exit points.
  • the feed point and the exit point include flange connections in order to assemble the devices required for pressurization.
  • the extent of the deposits formed during the operating period and removed using pulse flushing processes can also be determined.
  • Devices such as inserted nonwovens for retaining coarse particles in a decompression box, a turbidity meter for discharged wastewater or separation measures at appropriate treatment plants are preferred. It is also possible to reuse the rinsing liquid through targeted circulation.
  • the pipeline or system is preferably divided into individual cleaning sections that can be decoupled from other pipeline or system sections depending on the nominal widths.
  • the decoupling of the cleaning sections is preferably controlled by a control unit.
  • the control unit not only controls the supply of compressed gas, but also the supply of flushing liquid. Further it controls the volume flow, the quantity and/or the pressure when supplying the flushing liquid. By checking and controlling the supply of compressed gas and the supply of flushing liquid, the flow section can be partially filled with the required amount of liquid.
  • the method according to the invention is used in all pipelines or systems to be cleaned or flushed, for example in product lines or systems of process engineering plants.
  • the cleaning of the pipeline or system is preferably carried out stationary, i.e. integrated into the process.
  • CIP clean in place
  • a separation unit is arranged at the exit point, which is configured in such a way that product residues are separated from the flushing liquid of the cleaned pipeline or the cleaned system. Products often have a lot of value, so that even minimal quantities would be lost if they were discarded. The product residues from the rinsing liquid obtained through separation can be reused and thereby increase added value. Furthermore, in a preferred variant it is provided that the rinsing liquid of the separation unit, which has been freed from product residues, is returned to the feed point. This approach in turn saves the need for rinsing liquid and also avoids its immediate disposal if there are problematic product residues.
  • the invention also relates to a device for cleaning pipelines or systems by applying modulating compressed gas pulses to a pipeline section partially filled with flushing liquid to form alternating liquid blocks and gas blocks, which are driven in pulses along the flushing section from the feed point through the pipe to the exit point.
  • the device comprises a feed section which is arranged upstream of the flushing section in order to accelerate the liquid volume in the pipeline or the system into liquid blocks which fill the pipe.
  • compressed air i.e. compressed air
  • the device preferably comprises a control unit in order to carry out the cleaning semi-automatically or fully automatically in a process-integrated manner, the pipeline or system being divided into individual cleaning sections that can be decoupled from other pipeline or system sections depending on the nominal diameters. Decoupling is preferably carried out via valves, slides or shut-off valves.
  • the method or the device is suitable for being integrated into complex process systems or production systems in order to carry out CIP cleaning there, for example.
  • the semi-automatic or fully automated process allows batch processes, for example, to be changed over more quickly, which reduces unnecessary downtime and thus production downtime.
  • stationary cleaning devices also offer the option of choosing shorter cleaning intervals.
  • a higher-level system control enables cleaning to be integrated into the process. Cleaning is therefore an integral part of the production process. It is preferably provided that each cleaning section is assigned an optimized cleaning program or cleaning parameters for condition-oriented cleaning. Sensors can also record measured values in order to monitor the cleaning success. These measuring devices also enable cleaning parameters to be controlled. Facilities are also provided to detect, for example, irregularities or malfunctions, for example if there is an insufficient supply of compressed air in the system.
  • Process-integrated maintenance cleaning does not require chemical treatment if it takes place at short intervals, for example daily, when changing products.
  • Distributors and fittings ensure that the required raw materials reach the intended mixing systems.
  • the position of the fittings is controlled by a central control unit, which also specifies the respective cleaning sections.
  • the control can, for example, be carried out automatically via a control unit or specified by a control room.
  • Fig. 1 The connection between deposits in pipes and the energy required to transport water is shown. It is clearly visible how existing deposits increase the energy requirement, for example in tube bundle heat exchangers. Accordingly, the temperature difference for a tube bundle that has not been cleaned is significantly greater than for a cleaned or new tube bundle.
  • the flushing section (cleaning section) is part of a system, a pipeline, a heat exchanger or an apparatus.
  • an acceleration section forward section
  • the flow section is initially partially filled with rinsing liquid.
  • the flow path runs at least in sections upwards, which is used to collect rinsing liquid in the sole area. This makes the formation of fluid blocks more pronounced.
  • the pressurized gas action means that the liquid blocks can form to fill the line up to the beginning of the subsequent flushing section, in order to completely remove deposits or product residues on the surfaces of the flushing section. This allows cleaning cycles to be minimized or cleaning intervals to be increased.
  • the embodiment variant also provides a separation unit at the exit point, for example to recycle product residues. If necessary, exhaust gas (exhaust air) and wastewater can be discharged separately.
  • Fig. 3 a comparison of the pulse rinsing method according to the invention with acceleration component and without acceleration component is shown.
  • the wall shear stress is shown in relation to the average flow velocity.
  • the flow speed of the water blocks is between 15 and 20 m/s during pulse flushing.
  • a key advantage of process-integrated cleaning is the significant savings in water consumption of up to 95%.
  • the lower water requirement and the cleaning time significantly reduce the resource requirements and thus the overall costs.
  • Tests have also shown that built-in parts such as pumps can be cleaned efficiently. The pump could be completely freed of product residue.
  • FIG. 4 a schematic structure of a process-integrated device according to the invention is shown using the example of a dispersion system.
  • a flushing section I, II and III are defined for each system, which can be decoupled from each other using valves.
  • the feed point is always located in front of the respective installation part (e.g. the pump (1), the pig station (2) or the filter (3)) of the corresponding flushing sections I to III.
  • the feed-out can take place via a collecting line and, if necessary, the flushing water can be treated.
  • the control room takes over the control of the individual valves, so the individual cleaning sections I, II and III are defined. If necessary, forward and combined reverse cleaning is also possible.
  • Fig. 5 it can be seen what influence the lead distance has on the cleaning success.
  • the effectiveness of the cleaning builds up over the course of the advance section and is only fully developed at the beginning of the rinsing section.
  • the flow path arranged in front of the rinsing section which serves to accelerate the liquid blocks, significantly increases the effectiveness of the cleaning compared to conventional pulse rinsing without a flow path over the entire cleaning section.
  • process integration of the improved pulse flushing process enables permanently clean production systems and geometry-independent cleaning of pipelines, distributors, pumps, filters or fittings.
  • the lower water requirement and the resulting reduced water quantities and disposal costs are also crucial.
  • Process-integrated cleaning can also be fully automated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen mittels Beaufschlagung eines mit Spülflüssigkeit teilbefüllten Rohrleitungsabschnittes mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang einer Spülstrecke von einer Einspeisestelle durch die Rohrleitung zur Entfernung von Ablagerungen an den Rohrleitungswänden zu einer Ausspeisestelle getrieben werden.
  • Verfahren und Systeme zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen mittels Druckluftimpulsen sind hinreichend bekannt. In der DE 102 04 737 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spülen einer Rohrleitung, insbesondere einer Trinkwasserleitung, beschrieben. Die Spülung und Reinigung erfolgen dadurch, dass in der Rohrleitung ein Spülwasserstrom erzeugt und in diesen in vorgegebenen Intervallen gasförmiger Stickstoff eingeleitet wird, um ihn in abwechselnd aufeinander folgende Wasser- und Stickstoffblasen zu unterteilen.
  • In der DE 35 02 969 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen einer Rohrleitung mit Hilfe von gleichzeitig eingeleiteten Impulsen einer Flüssigkeit oder eines Gases beschrieben, wobei sich diese Impulse zu Gesamtimpulsen mischen, welche die Rohrleitung intermittierend durchsetzen. Dabei werden die Impulse der Flüssigkeit oder des Gases in einzelne Impulse zerlegt.
  • In der DE 37 22 549 A1 wird eine Einrichtung zur Spülung und Reinigung einer Rohrleitung beschrieben, bei der in der Luftzuführleitung und in der Spülflüssigkeitsleitung jeweils hintereinander ein Absperrventil und ein Rückstromverhinderer angeordnet sind und bei der in der Luftzuführleitung nach dem Rückstromverhinderer ein druckbeaufschlagter Ausgleichsbehälter angeordnet ist.
  • In der DE 44 38 939 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Trinkwasserleitungen und zum Spülen von Trinkwasserleitungsnetzen beschrieben. Hierbei wird zwischen einer ersten Zapfstelle als Einspeisungsstelle für komprimierte Luft und einer zweiten Zapfstelle als Spülwasserauslassstelle die Einrichtung einer Spülstrecke vorgenommen, welche durch den fließenden Wasserstrom gespült und durch Zufuhr eines Größenvolumens komprimierte Luft über eine an der Einspeisungsstelle angeschlossene Druckluftleitung in mehreren Intervallen über einem hohen Netzdruck liegenden Spüldruck beaufschlagt wird.
  • Das EP-Patent 2 674 228 B1 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Ablagerungen und/oder Biofilmen in einer Rohrleitung, bei dem vor der Spülstrecke an einer Einspeisungsstelle eine mittels Druckimpulsen zu erfolgende Beaufschlagung einer zumindest teilweise mit Flüssigkeit gefüllten Rohrleitung mit einem Gas oder Gasgemisch durchgeführt wird. Dabei wird die Rohrleitung in einer Vorbereitungsphase mit dem Gas oder Gasgemisch bis auf eine Flüssigkeitsrestmenge teilentleert. Anschließend erfolgt eine modulierende Druckgaszufuhr über einen oder mehrere Druckimpulse mit hohem Druck, wodurch sich Mini-Wasserblöcke in der Rohrleitung bilden, die mit hoher Geschwindigkeit durch die Rohrleitung getrieben werden. Die Druckgaszufuhr wird nach kurzzeitigem Absinken unmittelbar darauf mit demselben oder einem höheren Druck nachgeregelt. Dadurch bilden sich erneut Wasserblöcke, die mit hoher Geschwindigkeit auf die vorauseilenden Mini-Wasserblöcke prallen, welche dadurch einen zusätzlichen Vortrieb erhalten.
  • Dieses Verfahren wurde in einer Ausführungsvariante in dem EP-Patent 2 815 816 B1 dahingehend optimiert, dass die Reinigungsphase in eine initiale Ruhephase, eine Einfahrphase und eine Impulsphase unterteilt wird. Bei der initialen Ruhephase wird die Spülstrecke mit Flüssigkeit gefüllt und anschließend mit der Einfahrphase durch Einleitung eines Gases oder eines Gasgemisches teilentleert. In der sich darauf anschließenden Impulsphase wird die Spülstrecke mit mehreren Sequenzen aus wenigstens zwei Impulsen mit dem Gas oder Gasgemisch beaufschlagt. Am Ende einer Sequenz und bis zu Beginn der nachfolgenden nächsten Sequenz wird eine Pausenphase eingeführt, in der es zum Druckabbau und zur Teilbefüllung in der Spülstrecke kommt.
  • Diese Verfahren sind in der Regel auf eine mobile Anwendung ausgelegt, deren Ziel es ist, Ablagerungen oder Biofilme in kommunalen Rohrleitungen zu entfernen, bei denen Nennweiten zwischen DN80 bis DN200 Standard sind. Daneben werden die Verfahren zur Reinigung von Transportleitungen, Rohwasser- oder Brunnenleitungen sowie Trinkwasser-Installationen in Gebäuden eingesetzt. Daneben ist es auch möglich, industrielle Anlagen, beispielsweise Wärmeübertrager, wirkungsvoll mit dem Druckimpulsverfahren durch mobile Reinigungsvorrichtungen zu reinigen. Das Prinzip des Impulsspülverfahrens ist immer das gleiche. Zunächst ist es notwendig, Reinigungsabschnitte mit einer Einspeisestelle und einer Ausspeisestelle festzulegen. Die Reinigungsabschnitte werden in der Regel durch Absperrarmaturen wie beispielsweise Schieber festgelegt. Die Ein- und Ausspeisestellen sind beispielsweise Hydranten bei einer Trinkwasserleitung. An der Einspeisestelle befindet sich eine Vorrichtung zum Beaufschlagen mit Druckluft, an der Ausspeisestelle eine Auslaufbox oder eine andere Vorrichtung zum Entspannen der komprimierten Luft. Zur Reinigung werden die Schieber geschlossen und die Hydranten an der Ein- und Ausspeisestelle geöffnet.
  • Die anschließende Reinigung läuft in mehreren Phasen ab. Zunächst wird der Reinigungsabschnitt durch Drosseln des Eingangsschiebers und vorsichtiges Beaufschlagen mit Druckluft aus der Einheit in einen teilgefüllten Zustand versetzt. Dabei bleibt der Druck während der gesamten Maßnahme immer unterhalb des Betriebsdruckes der zu reinigenden Rohrleitung. Danach beginnt die eigentliche Reinigung. Dazu gelangt komprimierte Druckluft dosiert durch eine Steuerungssoftware der Kontrolleinheit in den teilgefüllten Rohrleitungsabschnitt. Dort kann sich die Luft schlagartig ausdehnen und dadurch impulsartig reinigungswirksame Pakete aus Wasser- und Luftblöcken bilden.
  • Die Wirksamkeit der Reinigung hängt primär von der Geschwindigkeit ab, mit der sich diese Pakete durch die Rohrleitung bewegen. Beim Impulsspülverfahren liegen die Geschwindigkeiten häufig über 15 m/s, häufig sogar deutlich über 20 m/s. Dabei haben Beschleunigungseffekte einen entscheidenden Einfluss auf die Wirksamkeit der Reinigung. Zur Blockbildung wird die Oberfläche des in der Rohrsohle ruhenden Wassers in Sekundenbruchteilen auf Geschwindigkeit gebracht. Beschleunigung und Geschwindigkeit zusammen bewirken eine Schleppspannung, die beim Impulsspülverfahren um Größenordnungen größer ist als bei einer einfachen Wasserspülung.
  • Bei der Anwendung des Impulsspülverfahrens spielen hygienische und hydraulische Aspekte eine Rolle. Der hygienische Aspekt hat bei der Reinigung einer Trink- und Rohwasserleitung immer Priorität. Unter hydraulischen Gesichtspunkten erhöhen Ablagerungen in einer Rohrleitung oder einem System (z.B. einem Wärmeübertrager) auch den Energiebedarf zum Wassertransport. Ablagerungen beeinträchtigen die Hydraulik von Rohrleitungen. Die benötigte Energie zum Befördern des Wassers und damit der Strombedarf der Pumpen steigen, wenn sich der Querschnitt der Rohrleitung bedingt durch die Ablagerungen verengt. Bedingt durch die Ablagerungen in der Rohrleitung steigt mit der Querschnittsverengung der Förderdruck, während gleichzeitig der Volumenstrom (die Durchflussmenge) sinkt. Der Wirkungsgrad einer Pumpe sinkt ebenfalls. Ein abnehmender Volumenstrom (Durchflussmenge) bedeutet wiederum längere Pumpzeiten für gleiche Wasservolumina oder Wassermengen. Dies sind enorme Nachteile.
  • Eine gründliche Reinigung von Trinkwasserleitungen oder anderen Systemen setzt zudem die Außerbetriebnahme von Rohrleitungsabschnitten voraus. Denkt man an eine industrielle Anwendung des Impulsspülverfahrens im Rahmen einer prozessintegrierten Reinigung von industriellen Produktionsanlagen, so ist eine mobile Anwendung des Impulsspülverfahrens recht zeitaufwändig und es kommt zu Standzeiten der Anlagen. Zwar erlauben mobile Reinigungsanlagen einen standortunabhängigen Einsatz über mehrere Gebäude oder Werke hinweg, jedoch würden automatisierte stationäre Reinigungsanlagen erhebliche Vorteile bei einem Chargen- oder Produktwechsel bieten.
  • Bei Anlagen der Farben- und Lackindustrie kommt zur Instandhaltung der Rohrleitungen häufig die Molchtechnik zum Einsatz. Dabei werden nicht molchbare Bereiche, wie beispielsweise Pumpen oder Verzweigungen, mit Wasser oder anderen wässrigen Medien gespült. Diese Verfahren sind jedoch nicht geeignet, um Produktreste vollständig aus den Systemen zu entfernen. Darüber hinaus fallen beim Spülen nicht unerhebliche Abwassermengen mit entsprechenden Entsorgungskosten an. Produktreste in den Systemen wiederum verhärten mit der Zeit und bilden hartnäckige Ablagerungen, wodurch der Reinigungsaufwand deutlich steigt. Anlagenstillstände und entsprechende finanzielle Verluste sind die Folge. Neue Grenzwerte für Biozide oder Konservierungsmittel stellen zudem die Anlagenbetreiber vor weitere Herausforderungen an die Betriebshygiene.
  • Bei industriellen Produktionsanlagen werden wiederum Chemikalien häufig im Batch-Betrieb diskontinuierlich dann hergestellt, wenn kleine Produktmengen benötigt werden. Stillstände bedeuten immer auch wirtschaftliche Ausfälle, denn die Reinigung der Rohrleitungen zur Vorbereitung des nächsten Produktions-Batches ist sehr aufwändig, insbesondere wenn eine mobile Reinigungslösung, d.h. nicht eine stationär in der Produktionsanlage integrierte Reinigungslösung, zum Einsatz kommt. Auch bestehen solche Anlagen nicht nur aus Rohrleitungen, sondern umfassen auch komplexe im System integrierte Strukturen wie beispielsweise Pumpen, Wärmeübertrager oder Regelarmaturen. Häufig müssen ganze Anlagen demontiert und nach erfolgter Reinigung wieder montiert werden, was sehr schwierig und zeitaufwändig ist.
  • Vor diesem Hintergrund ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen bereitzustellen, die eine voll integrierte und automatisierte Reinigung in einer Prozessanlage ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Bevorzugte Ausführungsvarianten finden sich in den Unteransprüchen wieder.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen ist ein Impulsspülverfahren und basiert auf einer Beaufschlagung eines mit Spülflüssigkeit (z.B. Wasser oder Prozessflüssigkeit) teilbefüllten Rohrleitungsabschnittes mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die pulsartig entlang einer Spülstrecke von einer Einspeisestelle durch die Rohrleitung zur Entfernung von Ablagerungen an den Rohrleitungswänden zu einer Ausspeisestelle getrieben werden.
  • Der Begriff "Druckgas" umfasst in der Regel ein komprimiertes Gas oder Gasgemisch. Der Begriff "Gas" umfasst nicht nur reine Gase, sondern auch Gasgemische. Vorzugsweise wird in der vorliegenden Erfindung Druckluft als Druckgas eingesetzt. Jedoch sind auch andere (inerte) Gase oder Gasgemische als Druckgas einsetzbar, beispielsweise Argon, Stickstoff oder Kohlendioxid. Die Höhe des Druckes beträgt vorzugsweise zwischen 3 und 8 bar.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass vor der Spülstrecke eine Vorlaufstrecke zur Beschleunigung des Flüssigkeitsvolumens in der Rohrleitung oder dem System angeordnet wird, wobei die Vorlaufstrecke mit der Spülflüssigkeit teilbefüllt und hinsichtlich ihrer Leitungsgeometrie, ihres Leitungsdurchmessers und/oder ihrer Leitungslänge so dimensioniert wird, dass sich bei der Beaufschlagung eines Druckgasgemisches (vorzugsweise Druckluft) die Flüssigkeitsblöcke innerhalb der Vorlaufstrecke vollständig ausbilden können, um den Leitungsquerschnitt der darauf folgenden Spülstrecke leitungsausfüllend zu durchwandern. Bei Beaufschlagung der Rohrleitung oder des Systems an der Einspeisestelle mit Wasser oder einem wasserhaltigen Medium handelt es sich bei den sich bildenden Flüssigkeitsblöcken um Wasserblöcke.
  • Erfindungsgemäß bezeichnet der Begriff "Spülstrecke" den zu reinigenden Rohrleitungsabschnitt oder Systemabschnitt der zu reinigenden Rohrleitung oder des zu reinigenden Systems. Die Spülstrecke entspricht somit dem Reinigungsabschnitt.
  • Der Begriff "Spülflüssigkeit" bezeichnet das zur Spülung oder Reinigung verwendete Medium, beispielsweise Wasser, Prozessflüssigkeit oder Produktflüssigkeit.
  • Der Begriff "System" bezeichnet Einbauteile oder Verzweigungen, die in der Regel mit einer Änderung des Rohrleitungsdurchmessers verbunden sind. Beispiele solcher Einbauteile oder Systeme sind Pumpen, Wärmeübertrager, Armaturen, Filter, Pumpen, Siebe, Verteiler, Behälter, Gaswäscher, Reaktoren, oder Hydrieranlagen. Diese Liste ist nicht limitierend und umfasst noch weitere Einbauten, die Bestandteil eines modernen Produktleitungssystems sind. Die "Vorlaufstrecke" beschreibt einen Rohrleitungsabschnitt, der vor der eigentlichen Spülstrecke oder Reinigungsabschnitt angeordnet ist.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Energieaufwand zur Reinigung gegenüber dem herkömmlichen Impulsspülverfahren deutlich reduziert wird. Ferner wird die Effizienz des Verfahrens durch die Anordnung der Vorlaufstrecke vor der eigentlichen Spülstrecke verbessert. Die vor der Spülstrecke angeordnete Vorlaufstrecke für die Flüssigkeitsblöcke bewirkt, dass sich die Flüssigkeitsblöcke innerhalb der Rohrleitung oder des Systemabschnittes bis zum Anfang der Spülstrecke leitungsausfüllend ausbilden können. Die Vorlaufstrecke hat somit die Funktion einer Beschleunigungsstrecke für die sich bildenden Flüssigkeitsblöcke und stellt sicher, dass diese vor Beginn der Spülstrecke vollständig im Reinigungsabschnitt ausgebildet sind.
  • Vorzugsweise reicht eine Teilbefüllung der Vorlaufstrecke mit einem Flüssigkeitsvolumen von etwa 10 bis 30 % des Leitungsdurchmessers aus. Kompliziert wird eine Reinigung insbesondere dann, wenn Einbauteile in dem System vorhanden sind, beispielsweise Wärmeübertrager, Pumpen oder Filter. Hier muss die Spülstrecke unter Einbezug der Leitungstopografie genau definiert werden, d.h. es werden u.a. Leitungsdurchmesser, Querschnitte und Nennwerte des Reinigungsabschnittes berücksichtigt. Ändert sich ein Leitungsdurchmesser, werden einzelne Spülstrecken definiert und die einzelnen Reinigungsabschnitte entsprechend abgeriegelt oder von dem restlichen Leitungssystem entkoppelt. Dies geschieht vorzugsweise über Ventile, Schieber oder Sperrarmaturen. Vorzugsweise sind Einbauteile wie Pumpen oder Filter Bestandteil einer eigenen Spülstrecke innerhalb der Produktionsanlage. Bei Pumpen oder Filtern erfolgt zudem vorzugsweise eine Vorwärts- und Rückwärtsreinigung, um die Effizienz zu steigern. Eine Vorwärts- und Rückwärtsreinigung bedeutet mit oder gegen die während des Betriebs herrschende Fließrichtung des Prozessmediums.
  • Die Begriffe "Spülung" und "Reinigung" werden erfindungsgemäß synonym verwendet und bezeichnen entweder eine Spülung oder eine Reinigung einer Rohrleitung oder eines Systems, wobei das eine auch das andere bedingen kann. Somit ist ein Reinigungsabschnitt immer auch ein Spülabschnitt und umgekehrt. Vorzugsweise ist die Vorlaufstrecke hinsichtlich ihres Durchmessers oder ihrer Länge so dimensioniert, dass sich die alternierenden Gas- und Flüssigkeitsblöcke bei Impulsbeaufschlagung mit einem Druckgasgemisch leitungsausfüllend bis zum Ende der Vorlaufstrecke und vor Anfang der Spülstrecke ausbilden. Die an der Rohrwandung vorhandenen Ablagerungen oder Produktreste werden über die sich entwickelnden Scherkräfte und Wandschubspannungen entfernt.
  • In einer bevorzugten Variante werden die Druckbeaufschlagung an der Vorlaufstrecke und die Spülflüssigkeitsmenge so eingestellt, dass die Spülflüssigkeit impulsartig innerhalb der Vorlaufstrecke, aber noch vor der Spülstrecke zu einem leitungsausfüllenden Flüssigkeitsblock mit einer Fließgeschwindigkeit von wenigstens 15 m/s beschleunigt wird.
  • In einer weiter bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die Vorlaufstrecke nach oben verläuft. Vorzugsweise wird die Vorlaufstrecke zumindest in Teilbereichen mit einer Steigung von > 0° relativ zur Horizontalebene nach oben angeordnet. Der Verlauf der sich anschließenden Spülstrecke ist dann eher sekundär, sie kann in einem beliebigen Winkelbereich verlaufen. Vorzugsweise beträgt der Winkelbereich der Vorlaufstrecke zwischen > 0° und < 90° relativ zur Horizontalebene, d.h. mit einer Steigung nach oben. Die Vorlaufstrecke kann auch verschiedene Leitungsabschnitte mit unterschiedlichen Steigungswinkeln umfassen. Durch den Steigungswinkel der Vorlaufstrecke kann sich die Spülflüssigkeit im Sohlebereich des teilbefüllten Leitungsabschnittes der Vorlaufstrecke sammeln. Dies bewirkt, dass sich der Flüssigkeitsblock bei Druckbeaufschlagung effizient ausbilden und auf die gewünschte Geschwindigkeit gebracht werden kann.
  • Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass das Volumen und die Länge der Vorlaufstrecke von der Nennweite und Topographie der sich anschließenden Spülstrecke abhängig gemacht werden. Vorzugsweise entspricht die Länge der Vorlaufstrecke mindestens dem 10-fachen des Leitungsdurchmessers der Spülstrecke. Vorzugsweise soll der Durchmesser der Vorlaufstrecke wenigstens dem halben Durchmesser der Spülstrecke entsprechen.
  • Die Reinigung durch das erfindungsgemäße Verfahren ist bei komplexen Produktionsanlagen weitgehend unabhängig von der Geometrie der Anlage, da entsprechend der Leitungstopographie oder der Systemtopographie die Spülstrecke immer dadurch definiert wird, dass Nennwerte wie Geometrie, Länge, Durchmesser und/oder Dimension einzelner Leitungsabschnitte oder Einbauteile des Systems berücksichtigt werden. Wenn erforderlich, werden entsprechende Leitungs- oder Systemabschnitte von der Spülstrecke abgekoppelt. Bei einem stationären Einbau der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können somit Anlagebauteile oder Apparate eingebaut bleiben, beispielsweise Messgeräte für Druck, Temperatur, Massenfluss, Volumenstrom oder Leitfähigkeit. Damit werden Ausfallzeiten der Anlage verkürzt und die Kosten gesenkt. Durch das gezielte Einstellen des Wasservolumens in der Vorlaufstrecke wird zudem die für die Reinigung oder Produktwechsel erforderliche Flüssigkeitsmenge erheblich reduziert, was eine deutliche Kostenminderung mit sich bringt.
  • Sofern vorhanden, werden Regelventile oder andere Armaturen der Anlage so eingestellt, dass sie den Gas- und Flüssigkeitsblöcken des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens möglichst wenig Widerstand entgegenbringen. Apparate wie Reaktoren, Wärmeübertrager oder Gaswäscher lassen sich über nächstliegende Einspeisestellen und Ausspeisestellen gezielt reinigen. Vorzugsweise umfassen die Einspeisestelle und die Ausspeisestelle Flanschverbindungen, um die für die Druckbeaufschlagung erforderlichen Einrichtungen zu montieren.
  • In der Regel lässt sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch das Ausmaß der während der Betriebsdauer gebildeten und mittels Impulsspülverfahren entfernten Ablagerungen ermitteln. Vorzugsweise kommen hier Einrichtungen wie eingelegte Vliesstoffe zum Rückhalt von Grobpartikeln in einer Dekomprimierbox, ein Trübungsmesser von ausgetragenem Abwasser oder auch Abscheidemaßnahmen an entsprechenden Aufbereitungsanlagen in Betracht. Dabei ist auch eine Wiederverwendung der Spülflüssigkeit durch eine gezielte Kreislaufführung möglich.
  • Dadurch bedingt, dass das erfindungsgemäße Impulsspülverfahren gegenüber den bekannten Verfahren optimiert wurde, können selbst komplexe industrielle Produktionsanlagen wirtschaftlich gereinigt werden. Einspeisestellen und Ausspeisestellen, beispielsweise an vorhandenen Flanschverbindungen oder bereits installierten Absperrarmaturen mit Blindflanschen, verringern die Rüstzeit erheblich. Durch die vorgesehene Vorlaufstrecke sind die erforderlichen alternierenden Flüssigkeitsblöcke und Gasblöcke in der Spülstrecke bereits vollständig ausgebildet und können geometrieunabhängig durch die Rohrleitung migrieren und ihre Funktion effizient übernehmen. Durch die überraschende Erkenntnis, dass die Anordnung einer Beschleunigungsstrecke vor der eigentlichen Spülstrecke den Reinigungserfolg verbessert, wird das Verfahren deutlich effizienter als dies beim gewöhnlichen Impulsspülverfahren ohne Vorlaufstrecke der Fall ist. Auch lassen sich komplexe Einbauteile wie Reaktoren, Wärmeübertrager oder Gaswäscher im eingebauten Zustand reinigen. Es ist lediglich darauf zu achten, dass vor diesen Einbauten oder Systemen eine entsprechend dimensionierte Vorlaufstrecke vorgesehen ist. Die Rohrleitung oder das System wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit von den Nennweiten in einzelne, von anderen Rohrleitungs- oder Systemabschnitten abkoppelbare Reinigungsabschnitte aufgeteilt. Vorzugsweise wird die Abkopplung der Reinigungsabschnitte von einer Steuereinheit kontrolliert. Die Steuereinheit kontrolliert nicht nur die Druckgaszufuhr, sondern auch die Zufuhr der Spülflüssigkeit. Ferner kontrolliert sie den Volumenstrom, die Menge und/oder den Druck bei der Spülflüssigkeitszufuhr. Durch die Kontrolle und Steuerung der Druckgaszufuhr und der Spülflüssigkeitszufuhr kann die Vorlaufstrecke mit der erforderlichen Flüssigkeitsmenge gezielt teilbefüllt werden.
  • Typischerweise kommt das erfindungsgemäße Verfahren bei allen zu reinigenden oder zu spülenden Rohrleitungen oder Systemen zum Einsatz, beispielsweise bei Produktleitungen oder Systemen verfahrenstechnischer Anlagen. Die Reinigung der Rohrleitung oder des Systems erfolgt dabei vorzugsweise stationär, d.h. prozessintegriert. Bei einem stationären Einbau eignet es sich hervorragend als CIP (clean in place)-Verfahren.
  • In einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass an der Ausspeisestelle eine Separier-Einheit angeordnet ist, die so konfiguriert ist, dass eine Separation von Produktresten aus der Spülflüssigkeit der gereinigten Rohrleitung oder des gereinigten Systems erfolgt. Denn häufig sind Produkte sehr werthaltig, so dass auch ein Verwurf von minimalen Mengen einen Verlust bedeuten würde. Die über die Separation erhaltenen Produktreste aus der Spülflüssigkeit können wiederverwertet werden und erhöhen dadurch die Wertschöpfung. Ferner ist in einer bevorzugten Variante vorgesehen, dass die von den Produktresten befreite Spülflüssigkeit der Separiereinheit zu der Einspeisestelle zurückgeführt wird. Durch diese Vorgehensweise lässt sich wiederum der Bedarf an Spülflüssigkeit einsparen und vermeidet zudem deren unmittelbare Entsorgung bei problematischen Produktrückständen.
  • Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen mittels Beaufschlagung eines mit Spülflüssigkeit teilbefüllten Rohrleitungsabschnittes mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang der Spülstrecke von der Einspeisestelle durch die Rohrleitung zur Ausspeisestelle getrieben werden. Die Vorrichtung umfasst eine Vorlaufstrecke, die vor der Spülstrecke angeordnet ist, um das Flüssigkeitsvolumen in der Rohrleitung oder dem System zu leitungsausfüllenden Flüssigkeitsblöcken zu beschleunigen. Vorzugsweise wird als Druckgas komprimierte Luft, d.h. Druckluft, eingesetzt, um Luftblöcke zu bilden.
  • Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise eine Steuereinheit, um die Reinigung halbautomatisch oder vollautomatisiert prozessintegriert durchzuführen, wobei die Rohrleitung oder das System in Abhängigkeit von den Nennweiten in einzelne, von anderen Rohrleitungs- oder Systemabschnitten abkoppelbare Reinigungsabschnitte aufgeteilt ist. Die Abkopplung erfolgt vorzugsweise über Ventile, Schieber oder Absperrarmaturen.
    • BEISPIELE
  • In den nachfolgenden Ausführungsbeispielen werden bevorzugte Anwendungsbereiche des erfindungsgemäßen Verfahrens oder der Vorrichtung aufgezeigt. Keinesfalls soll die Erfindung jedoch auf diese Anwendungsfälle beschränkt werden. Gleichwohl wird ersichtlich, dass das Verfahren oder die Vorrichtung dafür geeignet ist, prozessintegriert in komplexen Prozessanlagen oder Produktionsanlagen integriert zu sein, um dort beispielsweise eine CIP-Reinigung durchzuführen. Durch den halbautomatischen oder vollautomatisierten Ablauf können so beispielsweise Batch-Prozesse schneller umgestellt werden, was unnötige Standzeiten und somit Produktionsausfälle vermindert. Im Gegensatz zu mobilen Vorrichtungen bieten stationäre Reinigungsvorrichtungen zudem die Möglichkeit, kürzere Reinigungsintervalle zu wählen. Eine übergeordnete Anlagensteuerung ermöglicht eine im Prozess integrierte Reinigung. Die Reinigung ist somit fester Bestandteil des Produktionsablaufes. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass jedem Reinigungsabschnitt ein optimiertes Reinigungsprogramm oder Reinigungsparameter zur zustandsorientierten Reinigung zugeordnet wird. Sensoren können zudem Messwerte aufzeichnen, um so den Reinigungserfolg zu kontrollieren. Diese Messeinrichtungen ermöglichen zudem eine Steuerung von Reinigungsparametern. Auch sind Einrichtungen vorgesehen, um beispielsweise Unregelmäßigkeiten oder Störungen zu detektieren, beispielsweise wenn es zu einer unzureichenden Druckluftversorgung im System kommen sollte.
    • Prozessintegrierte Reinigung von Produktionsanlagen von Dispersionsfarben
  • Bei Produktionsanlagen für Dispersionsfarben ist es üblich, bei einem Produktwechsel die Chargen in den Rohrleitungen durch Molche zu trennen. Die Molchtechnik wird zur Instandhaltung der Rohrleitungen eingesetzt. Nachteilig ist jedoch, dass es Bereiche wie Pumpen oder Verzweigungen gibt, bei denen die Molche nicht eingesetzt werden können. Diese nicht-molchbaren Bereiche wurden deshalb bislang mit erheblichen Mengen von Wasser oder anderen wässrigen Medien gespült. Allerdings sind diese Spülverfahren und die Molchtechnik nicht geeignet, um Produktreste vollständig aus den Systemen zu entfernen. Darüber hinaus fallen beim Spülen erhebliche Abwassermengen und entsprechende Entsorgungskosten an. Hohe Wasserentnahmen sind zudem in heißen Sommermonaten schwieriger zur rechtfertigen. Hinzu kommt, dass sich Produktreste in den Systemen verhärten und hartnäckige Ablagerungen bilden, wodurch der Reinigungsaufwand nochmals enorm steigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine zustandsorientierte Reinigung schon bevor solche Ablagerungen aushärten. Zudem stellen die neuen Grenzwerte für Biozide und Konservierungsmittel die Anlagenbetreiber vor weitere Herausforderungen an die Betriebshygiene.
  • Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Vorlaufstrecke vor der Spülstrecke ist weit weniger Spülflüssigkeit erforderlich als bei einer gewöhnlichen Impulsspülung. Zudem wird mit hygienisch einwandfreier Druckluft gearbeitet. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn das durch die Reinigung produktbelastete Wasser beispielsweise für neue Produkte wiederverwendet werden soll. Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung reinigen Systeme unabhängig von der Geometrie, denn die Luft- und Wasserblöcke passen sich entsprechend an. Somit können auch die zuvor genannten nicht-molchbaren Bereiche wie Verzweigung, Verengung oder Spalten wirksam gereinigt werden.
  • Durch die Definition der Spülstrecke ist es zudem möglich, chemische Zusatzstoffe für den jeweiligen Reinigungsabschnitt zu verwenden. Dies hat den Vorteil, dass andere Rohrleitungsabschnitte von dem eigentlichen Reinigungsabschnitt entkoppelt sind und daher von der Maßnahme nicht betroffen sind. Eine chemische Reinigung kann erforderlich sein, um beispielsweise sehr hartnäckige Ablagerungen vollständig zu entfernen.
  • Eine prozessintegrierte Instandhaltungsreinigung erfordert keine chemische Behandlung, wenn sie in kurzen Intervallen, beispielsweise täglich, bei einem Produktwechsel stattfindet. Verteiler und Armaturen sorgen dafür, dass die benötigten Rohstoffe in die vorgesehenen Mischsysteme gelangen. Dabei wird die Stellung der Armaturen von einer zentralen Kontrolleinheit gesteuert, welche auch die jeweiligen Reinigungsabschnitte vorgibt. Die Kontrolle kann beispielsweise automatisch über eine Steuereinheit erfolgen oder von einer Leitwarte vorgegeben werden.
  • Zur Reinigung stehen je nach Anforderung oder Zustand verschiedene Reinigungsprogramme zur Verfügung. Die Standardreinigung eines gesamten Produktionsbereiches dauert, je nach Bereich, zwischen 30 und 45 Minuten. Ferner kann eine Eco-Reinigung durchgeführt werden, in kurzen Intervallen von lediglich 15 bis 20 Monaten, was einen Kompromiss aus Zeitbedarf und Wasserbedarf sowie gefordertem Reinigungsergebnis darstellt.
    • Anwendungen beim Batch-Betrieb
  • Chemikalien werden bei modernen Produktionsanlagen diskontinuierlich im Batch-Betrieb hergestellt, insbesondere dann, wenn kleine Produktmengen benötigt werden. Die Anlagen enthalten oft Gaswäscher oder Wärmeübertrager. Der Einbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglicht es, die Rohrleitungen und Apparate mit nur wenigen Einspeisestellen und Ausspeisestellen wirtschaftlich zu reinigen. Zudem können Temperierkreisläufe bei temperaturgeführten Reaktionen mit gereinigt werden. Sofern redundante Einbauteile vorgesehen sind, kann eine Reinigung immer bei Stillstandzeiten des Einbauteils erfolgen, während das andere Einbauteil aktiv ist. Erwähnenswert ist, dass die Effizienz der Einbauteile, beispielsweise von Pumpen oder Wärmeübertragern, durch die intervallweise Reinigung deutlich erhöht wird, da vorhandene Ablagerungen den Rohrleitungsquerschnitt vermindern.
    • Beschreibung der Abbildungen
  • In Fig. 1 ist der Zusammenhang zwischen Ablagerungen in Rohrleitungen und dem Energieaufwand zum Wassertransport gezeigt. Es ist deutlich zu erkennen, wie vorhandene Ablagerungen den Energiebedarf beispielsweise bei Rohrbündel-Wärmeübertragern erhöhen. Dementsprechend ist der Temperaturunterschied bei einem nicht gereinigten Rohrbündel erheblich größer als bei einem gereinigten oder neuen Rohrbündel.
  • In Fig. 2 ist gezeigt, wie über Ventile und Sensorik eine Steuerung der Reinigung prozessintegriert erfolgen kann. Die Spülstrecke (Reinigungsabschnitt) ist ein Teil eines Systems, einer Rohrleitung, eines Wärmeübertragers oder eines Apparats. Vor der eigentlichen Spülstrecke befindet sich eine Beschleunigungsstrecke (Vorlaufstrecke) für die modulierenden Druckgasimpulse mit Druck und Spülflüssigkeit als gespeiste Medien. Die Vorlaufstrecke wird zunächst gezielt mit Spülflüssigkeit teilbefüllt. In der gezeigten Ausführungsform verläuft die Vorlaufstrecke zumindest abschnittsweise nach oben, was zur Sammlung von Spülflüssigkeit im Sohlebereich genutzt wird. Die Ausbildung von Flüssigkeitsblöcken wird dadurch ausgeprägter. Die Druckgasbeaufschlagung bewirkt, dass sich die Flüssigkeitsblöcke bis zu Beginn der sich anschließenden Spülstrecke leitungsausfüllend ausbilden können, um so Ablagerungen oder Produktreste an den Oberflächen der Spülstrecke vollständig zu entfernen. Dadurch lassen sich Reinigungszyklen minimieren oder Reinigungsintervalle vergrößern.
  • Die Ausführungsvariante sieht auch eine Separationseinheit an der Ausspeisestelle vor, um beispielsweise Produktreste zu recyceln. Bedarfsweise können Abgas (Abluft) und Abwasser getrennt ausgeleitet werden.
  • In Fig. 3 ist ein Vergleich des erfindungsgemäßen Impulsspülverfahrens mit Beschleunigungskomponente und ohne Beschleunigungskomponente gezeigt. Dargestellt ist die Wandschubspannung im Verhältnis zur mittleren Strömungsgeschwindigkeit. Die Fließgeschwindigkeit der Wasserblöcke liegt bei einer Impulsspülung im Bereich zwischen 15 und 20 m/s. Durch die Anordnung der Vorlaufstrecke vor der Spülstrecke wird eine Beschleunigungsstrecke erreicht, so dass die daraus resultierende Beschleunigungskomponente die Wandschubspannung signifikant erhöht.
  • Ein entscheidender Vorteil der prozessintegrierten Reinigung ist die deutliche Ersparnis beim Wasserbedarf von bis zu 95 %. Der geringere Wasserbedarf und die Reinigungsdauer verringern dadurch den Ressourcenbedarf und damit die Gesamtkosten erheblich. Versuche haben zudem gezeigt, dass Einbauteile wie Pumpen effizient gereinigt werden können. Die Pumpe konnte vollständig von Produktresten befreit werden.
  • In Fig. 4 ist ein schematischer Aufbau einer erfindungsgemäßen prozessintegrierten Vorrichtung am Beispiel einer Dispersionsanlage gezeigt. Es werden für jedes System eine Spülstrecke I, II und III definiert, die voneinander durch Ventile abkoppelbar sind. Die Einspeisestelle befindet sich immer vor dem jeweiligen Einbauteil (z.B. der Pumpe (1), der Molchstation (2) oder dem Filter (3)) der entsprechenden Spülstrecken I bis III. Die Ausspeisung kann über eine Sammelleitung erfolgen und bedarfsweise kann das Spülwasser aufbereitet werden. Die Steuerung der einzelnen Ventile übernimmt die Leitwarte, so werden die einzelnen Reinigungsabschnitte I, II und III definiert. Bedarfsweise ist auch eine Vorwärts- und kombinierte Rückwärtsreinigung möglich.
  • In Fig. 5 ist erkennbar, welchen Einfluss die Vorlaufstrecke auf den Reinigungserfolg hat. Die Wirksamkeit der Reinigung baut sich im Verlauf der Vorlaufstrecke auf und ist erst zu Beginn der Spülstrecke vollständig ausgebildet. Durch die vor der Spülstrecke angeordnete Vorlaufstrecke, die zur Beschleunigung der Flüssigkeitsblöcke dient, wird die Wirksamkeit der Reinigung im Vergleich zur herkömmlichen Impulsspülung ohne Vorlaufstrecke über den gesamten Reinigungsabschnitt nochmals deutlich gesteigert.
  • Zusammengefasst ermöglicht eine Prozessintegration des verbesserten Impulsspülverfahrens dauerhaft saubere Produktionsanlagen und eine geometrieunabhängige Reinigung von Rohrleitungen, Verteilern, Pumpen, Filtern oder Armaturen. Entscheidend sind auch der geringere Wasserbedarf und die dadurch verringerten Wassermengen und Entsorgungskosten. Zudem besteht die Möglichkeit der Wasseraufbereitung und des Einsatzes von Frischwasser. Die prozessintegrierte Reinigung kann auch vollautomatisiert ablaufen.

Claims (16)

  1. Verfahren zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen mittels Beaufschlagung eines mit Spülflüssigkeit teilbefüllten Rohrleitungsabschnittes mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang einer Spülstrecke von einer Einspeisestelle durch eine Rohrleitung zur Entfernung von Ablagerungen an den Rohrleitungswänden des Rohrleitungsabschnittes zu einer Ausspeisestelle getrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Spülstrecke eine Vorlaufstrecke zur Beschleunigung des Flüssigkeitsvolumens in der Rohrleitung oder dem System vorgesehen ist, wobei die Vorlaufstrecke mit der Spülflüssigkeit teilbefüllt wird und hinsichtlich ihrer Leitungsgeometrie, ihres Leitungsdurchmessers und/oder ihrer Leitungslänge so dimensioniert wird, dass sich bei Beaufschlagung eines Druckgasgemisches die Flüssigkeitsblöcke innerhalb der Vorlaufstrecke vollständig ausbilden können, um den Leitungsquerschnitt der darauf folgenden Spülstrecke leitungsausfüllend zu durchwandern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbeaufschlagung mit dem Gas oder Gasgemisch an der Vorlaufstrecke und die Spülflüssigkeitsmenge so eingestellt werden, dass die Spülflüssigkeit impulsartig innerhalb der Vorlaufstrecke aber noch vor der Spülstrecke zu einem leitungsausfüllenden Flüssigkeitsblock auf eine Geschwindigkeit von wenigstens 15 m/s beschleunigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufstrecke zumindest in Teilbereichen mit einer Steigung von > 0° relativ zur Horizontalebene nach oben angeordnet wird, wodurch sich Spülflüssigkeit im Sohlebereich der teilbefüllten Vorlaufstrecke sammelt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen und die Länge der Vorlaufstrecke von der Nennweite und Topografie der sich anschließenden Spülstrecke abhängig gemacht werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Vorlaufstrecke wenigstens dem 10-fachen des Leitungsdurchmessers der Spülstrecke entspricht.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbefüllung der Vorlaufstrecke durch eine gezielte Steuerung der Druckgaszufuhr und der Spülflüssigkeitszufuhr erfolgt, wobei der Volumenstrom, die Menge und der Druck eingestellt werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einteilung der Spülstrecke und damit des Rohrleitungsabschnittes anhand der vorhandenen Leitungstopografie der zu reinigenden Rohrleitung oder Systemtopografie des zu reinigenden Systems erfolgt, wobei Nennwerte, wie Geometrie, Länge, Durchmesser und/oder Dimension einzelner Leitungsabschnitte der Rohrleitung oder Einbauteile des Systems berücksichtigt werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung eines Nennwertes in der Rohrleitung oder dem System, der betreffende Rohrleitungsabschnitt von der Spülstrecke abgekoppelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu reinigenden Rohrleitungen oder Systeme um Produktleitungen oder Systeme verfahrenstechnischer Anlagen handelt, wobei die Reinigung der Rohrleitung oder des Systems prozessintegriert oder stationär als CIP (clean in place) durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrleitung oder das System in Abhängigkeit von den Nennweiten in einzelne, von anderen Rohrleitungs- oder Systemabschnitten abkoppelbare, Reinigungsabschnitte aufgeteilt werden, wobei die Abkopplung der Reinigungsabschnitte von einer Steuereinheit kontrolliert wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den zu reinigenden Systemen um komplexe Rohrleitungen, Armaturen, Filter, Pumpen, Siebe, Verteiler, Behälter, Reaktoren, Hydrieranlagen oder Wärmeübertrager handelt.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausspeisestelle eine Separier-Einheit vorgesehen ist, die so konfiguriert ist, dass eine Separation von Spülflüssigkeit, Druckgas oder Produktresten aus der Spülflüssigkeit der gereinigten Rohrleitung oder des gereinigten Systems erfolgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die von den Produktresten getrennte Spülflüssigkeit der Separier-Einheit zu der Einspeisestelle rückgeführt wird.
  14. Vorrichtung zur Reinigung von Rohrleitungen oder Systemen mittels Beaufschlagung eines mit Spülflüssigkeit teilbefüllten Rohrleitungsabschnittes mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang einer Spülstrecke von einer Einspeisestelle durch die Rohrleitung zur Entfernung von Ablagerung an den Rohrleitungswänden zu einer Ausspeisestelle getrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Spülstrecke eine Vorlaufstrecke zur Beschleunigung des Flüssigkeitsvolumens in der Rohrleitung oder dem System angeordnet ist, die hinsichtlich ihrer Leitungsgeometrie, ihres Leitungsdurchmessers und/oder ihrer Leitungslänge so dimensioniert ist, dass sich bei Beaufschlagung eines Druckgasgemisches die Flüssigkeitsblöcke innerhalb der Vorlaufstrecke vollständig ausbilden können, um den Leitungsquerschnitt der darauf folgenden Spülstrecke leitungsausfüllend zu durchwandern.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorlaufstrecke zumindest in Teilbereichen eine Steigung von > 0° relativ zur Horizontalebene nach oben aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine Steuereinheit vorgesehen ist, um die Reinigung halbautomatisch oder vollautomatisiert prozessintegriert durchzuführen, wobei die Rohrleitung oder das System in Abhängigkeit von den Nennweiten in einzelne, von anderen Rohrleitungs- oder Systemabschnitten abkoppelbare, Reinigungsabschnitte.
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