EP4309811A1 - Verfahren zur elektromechanischen entfernung von ablagerungen in rohrleitungen oder apparaten - Google Patents

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Publication number
EP4309811A1
EP4309811A1 EP22185379.9A EP22185379A EP4309811A1 EP 4309811 A1 EP4309811 A1 EP 4309811A1 EP 22185379 A EP22185379 A EP 22185379A EP 4309811 A1 EP4309811 A1 EP 4309811A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pipe
cleaning
hollow
section
anode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22185379.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Klein
Hans-Gerd Hammann
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 GmbH
Original Assignee
Hammann GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hammann GmbH filed Critical Hammann GmbH
Priority to EP22185379.9A priority Critical patent/EP4309811A1/de
Publication of EP4309811A1 publication Critical patent/EP4309811A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02—Pickling; Descaling
    • C25F1/04—Pickling; Descaling in solution

Definitions

  • the present invention relates to a method for the electromechanical removal of deposits in pipelines or apparatus.
  • a very effective method for removing deposits is the pulse flushing method, in which alternating sequences of water blocks and gas bubbles are forced through a section of pipe to be cleaned.
  • Such a procedure is, for example, part of the EP 2 674 228 A1 , in which, in a first preparation phase, the line is partially emptied with a gas or gas mixture filling the line except for a residual amount of liquid to create an expansion space, with the compressed gas bubble charged into the line taking up the volume of the flushing section almost completely in the preparation phase.
  • the pulse purging process involves suddenly pressurizing gas or gas mixture in a line at a high pressure by modulating pressure pulses so that mini water blocks are formed in the line.
  • the blocks are accelerated and driven through the line at high speed.
  • a compressed gas supply is directly readjusted with the same or high pressure, so that further water blocks are formed.
  • the former blocks are hit by the latter blocks at high speed, giving the former blocks additional propulsion.
  • 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 tapping point as a feed point for compressed air and a second tapping point as a flushing water outlet, which is flushed by the flowing stream of water and by supplying a volume of compressed air via a compressed air line connected to the feed point at several intervals above a high network pressure flushing pressure is applied.
  • the DE 40 40 694 A1 describes a sterilization device for water, comprising an anode and a cathode, a reactor through which water flows and a power supply device. Anodic oxidation is used.
  • the electrode and the component are arranged in an electrolyte and the electrode and the component are electrically connected to one another via a current generator.
  • the current generator generates a pulsed current and a base current by applying a potential.
  • the DE 198 12 801 A1 describes a method and a device for the automatic cleaning of electrodes in electrolysis, whereby deposits such as lime on the cathodes can be removed.
  • the area of application is primarily in electrolysis processes in which deposits can occur on electrodes, for example in electrochemical water disinfection or in physical water treatment using water electrolysis.
  • the above-mentioned pulse flushing processes allow mechanical cleaning of pipes and equipment, such as pumps or heat exchangers.
  • the compressed air pulses introduced into the lines create large shear forces on the inner surfaces of the pipeline, which mobilize deposits and then completely remove them.
  • the corresponding cleaning sections are out of order during cleaning.
  • the pulse flushing processes mentioned and other mechanical cleaning processes for pipes or apparatus have their limits where the deposits adhere hard and firmly. This is the case, for example, in systems in the paint industry, where the product lines are lined with paint residues.
  • the use of chemical processes is undesirable because chemicals or enzymes are used that are harmful to the environment.
  • the measures are always associated with system downtimes, which are either not possible in the industrial sector or involve a lot of effort.
  • the deposits in the product lines also harden over the operating time, which is why the effort to remove them also increases. Particularly in salty water and elevated temperatures, hard and firmly adhering deposits form in the pipe systems or individual pipe sections, so that mechanical cleaning processes can no longer be used efficiently to remove deposits.
  • the inventors have surprisingly discovered that the efficiency of pulse rinsing processes can be significantly increased and deposits can also be removed if the process is combined with electrochemical polarization.
  • the method according to the invention therefore provides for a combination of a pulse rinsing process with an electrochemical treatment.
  • the method is therefore based on an electromechanical removal of deposits in pipes or apparatus that include one or more hollow pipes or a pipe system.
  • a cleaning section is first defined within the pipeline to be cleaned or the apparatus to be cleaned.
  • the cleaning section preferably corresponds to a pipeline section within a pipeline of a complex pipeline system or an apparatus.
  • the apparatus is, for example, heat exchangers, heat pumps, product feed pumps, etc. This means that the pressure flushing process can be implemented can, it is necessary to apply the compressed air pulses at a feed point in the line section to be cleaned, so that the resulting water blocks can be driven through the line under pressure. The resulting shear forces easily remove adhering deposits.
  • the alternating liquid blocks and gas blocks finally empty at an exit point.
  • an electrical voltage is applied to at least one electrically conductive surface of the cleaning section of the hollow pipe or pipe system with the desired polarization.
  • Anodic areas have a positive charge and attract negatively charged particles.
  • Cathodic areas have a negative charge and attract positively charged particles.
  • the dissolution of substances usually occurs at the anode and leads to a pH reduction (acidic), while the precipitation occurs at the cathode and is associated with an increase in pH (alkaline).
  • an electrode that can be negatively polarized as a cathode or positively polarized as an anode.
  • the invention is based on the observation that the surfaces of pipelines, in particular pipelines with metal surfaces that can conduct electric current, lead to anodic and cathodic areas in aqueous media, with the resulting H + ions making the anodic areas more acidic. while the cathodic areas become more alkaline due to the formation of OH - ions.
  • Alkaline conditions in particular accelerate the precipitation of poorly soluble compounds, for example lime (CaCO 3 ) or iron compounds (eg FeOOH). If acidic conditions are created using electrical polarization, such connections are in turn dissolved.
  • By controlling the polarization or by changing the polarization it is possible to specifically influence hard or difficult-to-adhere deposits on metallic surfaces of pipelines so that they can be mobilized using the subsequent mechanical pulse flushing process.
  • the initially electrically neutral metal e.g. iron-containing deposits
  • an electrolyte ie an aqueous solution
  • This ion overcomes the metal/electrolyte phase boundary and dissolves in an aqueous environment.
  • the electrons on the other hand, remain in the metal because of its excellent electron conductivity.
  • the metal surface of the cable becomes electrically negatively charged due to the charge of the electrons.
  • the water around the anode reacts acidic due to the hydrolysis of the metal cations.
  • oxygen is reduced by absorbing electrons, forming negatively charged hydroxide ions. This reaction consumes electrons and oxygen; If one of the reactants is missing, this reaction comes to a standstill.
  • Another cathodic partial reaction in oxygen-free media can be the reduction of water to hydroxide ions and neutral hydrogen.
  • cathodic protection systems preferably use non-attackable external current anodes, for example with coatings or coatings made of titanium, mixed metal oxide (MMO), titanium-MMO, or titanium nitride.
  • external current anodes made of graphite or magnetite can also be used.
  • oxygen and chlorine are formed at these external current anodes in the acidic medium. Virtually no metal goes into solution.
  • the cleaning section can, if necessary, be at least partially filled with rinsing medium.
  • the cleaning section is preferably already partially filled with rinsing medium.
  • Either product water or any other rinsing medium that is normally used in the pulse rinsing process is suitable as a rinsing medium.
  • the partial filling of the cleaning section means that alternating liquid blocks and gas blocks can form in the line to fill the line.
  • the cleaning section is subjected to modulating compressed gas pulses to form alternating liquid blocks and gas blocks, which are driven in pulses along the cleaning section from the feed point through the pipeline to the exit point.
  • the resulting cathodic and anodic areas make it significantly easier to remove solid deposits on the pipe surface.
  • the acidic medium prevents deposits from forming, particularly in the anodic area.
  • the oxygen produced during the electrolysis of water helps to keep this area largely free of deposits. If the rinsing medium contains salt, for example, in the presence of a chloride-containing salt, chlorine can be formed in the anodic area, which has an antimicrobial effect and is therefore useful for disinfection.
  • the electrical voltage is preferably provided by an electrode that acts as an anode or cathode, i.e. positive and/or negative is polarizable.
  • the electrical voltage is applied by means of an anode and/or cathode, depending on the type of pipe section to be cleaned and the type and extent of the pipe.
  • the anode and/or cathode are subjected to a direct voltage. If necessary, in a further preferred embodiment variant, the polarity of the electrode can also be reversed.
  • the direct current variant leads to the desired separation of deposits on the cathode or the cathodic region. In the direct current variant, the anodic areas can remain in operation permanently without deposits.
  • Acid-resistant materials with low adhesion forces to the deposits are preferably used as anodes.
  • the cathodes are located in easily accessible locations for cleaning deposits in the hollow pipe or piping system. When cleaning the cathodes, the discharged substances can be removed from the system and, if necessary, cleaned and reused as material.
  • Mixed electrodes are also preferred, ie anodic and cathodic reactions alternate here. Homogeneous mixed electrodes are characterized by the fact that the anode and cathode constantly change. This leads to a small (even) removal of deposits from the pipe surface.
  • the anode and/or cathode are subjected to alternating voltage.
  • alternating current variant most parts of the surfaces remain largely free of deposits because the anodic and cathodic areas constantly alternate.
  • the residues dissolved using electrical polarization can easily be mobilized mechanically using the modulating compressed gas pulses and then removed in a targeted manner.
  • the electrical voltages used for polarization are preferably based on the standard redox potentials of the materials used and the resulting gases (such as oxygen, chlorine or hydrogen). Normally, a few volts are sufficient voltage for combinatorial use with the pulse flushing process.
  • the current flow depends on the condition and type of the electrode surfaces and the electrical conductivity of the flushing media used. Deposits reduce these currents, so that with a fixed voltage between the electrodes, the condition can be determined via the current and the time for the required cleaning.
  • the applied voltage is so high that the aqueous rinsing medium is sufficiently electrolyzed without impairing or even destroying the material of the electrodes, in particular the anodes.
  • the rinsing medium is preferably an aqueous solution.
  • the flushing medium can also be the product medium itself.
  • the method according to the invention is preferably used in pipes, pipe systems, but also apparatus and devices with complex surfaces, such as pumps or heat exchangers. If there are temperature differences or media containing salt, deposits (so-called scaling) occur on the surfaces that come into contact with the medium. They lead to an increasing impairment of heat transfer over the course of operation. Depending on the type of medium, the temperature differences between the medium and the surface can be either positive or negative to separate the deposits. For example, in groundwater containing calcium or iron, deposits form on warm surfaces of underwater motor pumps.
  • the time for cleaning a pipe section can preferably be determined via the temperature curve.
  • sensors such as PT1000 are used, which measure the temperature at the appropriate points. Cleaning the pipes or pipe systems using electrical polarization in combination with mechanical cleaning also opens up the possibility of determining the optimal time for cleaning measures based on the course of the polarization current.
  • the hollow pipe or pipe system to be cleaned preferably has, at least in sections, an electrically conductive surface, preferably a metallic surface, which conducts the electrical current and which can be polarized with the applied electrical voltage.
  • the hollow pipe to be cleaned or the pipe system is designed as a double pipe with two separate cavities.
  • the surfaces of the outer and inner hollow pipe or pipe system are electrically conductive and insulated from an electrically non-conductive or poorly conductive material. Two tubes with different diameters are thus formed, which form two cavities and are separated from one another by a dielectric. If necessary, the electrical voltage is applied to the surface of the outer hollow tube or pipe system of the double pipe and/or to the surface of the inner hollow pipe or pipe system of the double pipe.
  • the surface of the outer hollow tube can serve as a cathode or anode or the surface of the inner hollow tube can serve as an anode or cathode (or vice versa).
  • the electrically conductive surfaces of the hollow tubes of different sizes provide the electrodes (i.e. the cathodic or anodic areas).
  • the introduction of a further electrode is necessary for the current flow.
  • an additional one is inserted into the hollow pipe or pipe system Electrode with fixed or changeable polarization inserted into the cavity from outside.
  • the inserted electrode is preferably stored approximately centrally within the hollow tube or tube system.
  • the temperature and/or the polarization current can be measured if necessary to determine the cleaning time.
  • the electrode comprises a coating or coating made of titanium or titanium nitride.
  • Titanium nitride is electrically conductive, very abrasion-resistant, chemical-resistant, thermo-resistant and physiologically harmless.
  • the titanium nitride surface is characterized by low adhesion forces for deposits and is therefore preferably used in combination with the mechanical pulse rinsing process.
  • the method according to the invention is based on a combination of electrophysical cleaning with subsequent pulse rinsing.
  • the cleaning section is subjected to modulating compressed gas pulses, alternating liquid blocks and gas blocks are formed, which are driven in pulses along the cleaning section from the feed point through the pipeline to the exit point.
  • the amount of gas charged into the line, pulse frequency and/or pulse duration is determined depending on the cross section of the line network, the line topography, the number and cross section of the line branches and/or the length of the cleaning section.
  • the cleaning success of mechanical cleaning can be adjusted by setting individual or several parameters. However, the electrical polarization significantly reduces the energy required for mechanical cleaning.
  • the hollow tube or the tube system is partially emptied with a gas or gas mixture filling the line down to a residual amount of liquid in order to create an expansion space, and then a modulating supply of compressed gas takes place, in which the gas or gas mixture is supplied via at least one pressure pulse with a high Pressure is applied to the line.
  • a modulating supply of compressed gas takes place, in which the gas or gas mixture is supplied via at least one pressure pulse with a high Pressure is applied to the line.
  • a forward path for accelerating the liquid volume in the hollow pipe or the pipe system is provided before the actual cleaning section, wherein the flow path is partially filled with a flushing liquid and is dimensioned in terms of its line geometry, its line diameter and / or its line length so that when a compressed gas mixture is applied, the liquid blocks can completely form within the flow path in order to travel through the line cross-section of the subsequent flushing path to fill the line.
  • the flow section has the function of an acceleration section so that the liquid blocks and gas blocks are accelerated and can form within the pipeline or system section up to the beginning of the cleaning section.
  • the forward path relative to the cleaning path preferably runs at an angle greater than 0°, preferably between 0° and 90°.
  • the method according to the invention is suitable for all types of process and product lines, but also for complex systems such as heat pumps, heat exchangers or pumps.
  • a particular area of application is in pipelines for taking water from lakes or in pipeline systems on boats or ships where quagga mussel carryover can be observed.
  • Quagga mussels are among the neophytes that are spreading more and more in water bodies and cause major problems, especially when water is taken from rivers or lakes.
  • the mussels cling to pipes and other water-carrying systems or devices. Due to the electrical polarization of the surfaces in contact with water used in the method according to the invention, the adhesion of neophytes, in particular the quagga mussel, can be reduced or even completely prevented.
  • an alkaline environment is created at the cathodic area, while at the anodic areas in the presence of chloride-free chlorine in the form of hypochlorous acid or hypochloride is formed and therefore acts as a disinfectant.
  • the combination with the pulse flushing process ensures that the mussel shells are specifically removed from the system before they can cause damage to the systems.
  • composition of the electrolyte solution may also affect the cleaning success.
  • either salt-containing rinsing media can be used.
  • the medium for example between the casing tube and the product tube, has only a low electrical conductivity so that the polarization current can act on the surfaces of the product line (see Fig. 1 ).
  • Preferred media are, for example, non-polar liquids such as pentane, isopentane or deionized water.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the method according to the invention is shown, in which two options for electrical polarization of the surfaces that come into contact with the flushing medium in the two chambers are shown schematically.
  • the media pipe and casing pipe are electrically separated from each other by seals.
  • An external current anode is used for polarization in the media pipe. This is electrically separated from the media pipe in the double-pipe heat exchanger, but can be contacted in a connected, electrically separated component.
  • Fig. 1A shows schematically a (preferably changeable) electrical polarization between the media pipe and the casing pipe.
  • a constellation can occur, for example, with a double-tube heat exchanger.
  • the product medium is located in the outer hollow tube, while the anodic areas or anode are on the inside.
  • Fig. 1B shows schematically an electrical polarization in the media pipe using an additional electrode.
  • a constellation can occur, for example, in a tube bundle heat exchanger.
  • a stable, non-attackable external current anode is preferably used, preferably consisting of mixed oxide-coated titanium or magnetite.
  • a submersible motor pump consists of pipe sections through which liquid flows.
  • the pumps usually consist of several chambers and impellers mounted one above the other.
  • the drive motor is cooled by the water flowing past.
  • the effectiveness of purely mechanical pulse flushing processes decreases with the number of chambers.
  • cathodes are attached to the additional casing tube around the motor, an electric current is generated by the flow of electrodes. Oxidation occurs in the anodic areas or at the anode, while reduction is detectable in the cathodic areas or at the cathode. Deposits dissolve as electrolytes.
  • heat exchangers are characterized by the fact that the heat from one medium passes over a metallic wall into a second medium.
  • plate heat exchangers several chambers are usually arranged one after the other.
  • screwed plate heat exchangers seals running all around ensure that the individual chambers are sealed. Rubber seals usually have a high electrical resistance. If bolts, rods, screws, nuts or plates are also designed to be electrically separated, it is possible to apply different potentials to the individual plates using the method according to the invention.
  • the polarization current can also flow through both media in all chambers. Therefore, it is preferable to use a medium that does not tend to scale and has a low electrical conductivity so that the polarization current is appropriately effective on the surfaces with a tendency to scaling.
  • Such media are, for example, non-polar liquids such as pentane or isopentane.
  • a lower electrical conductivity is also achieved when using deionized water, which has a significantly lower electrical conductivity than liquids containing salt.
  • the polarization and frequency of mechanical pulse rinsing cleaning depends on the tendency of the medium to form deposits on the plate surfaces. Alternating polarization of the plates is preferably used.
  • Double-tube heat exchangers consist of an outer casing tube and a media tube that separates the two media from each other and ensures heat transfer.
  • the media pipe can be designed as a smooth pipe or as a structural pipe. Structured media pipes increase the turbulence of the two media and thus the heat transfer. While smooth pipes can be easily cleaned using mechanical methods, for example with pigs or sponge balls, structured pipes are particularly suitable for cleaning using a pulse rinsing process. With jacket and media pipes that are electrically separated from one another, double-pipe heat exchangers can be polarized according to the invention and then cleaned using the mechanical pulse flushing process in order to loosen deposits and remove them from the system.
  • an external electrode is preferably inserted into the cavity, since polarization within the media pipes is not possible without additional electrodes.
  • an external electrode can be dispensed with because the medium that tends to scale can flow between the casing tube and the media tube.
  • effective polarization can be achieved without external electrodes because the outer shell of the inner tube or outer tube acts as an anode or cathode.
  • the method according to the invention enables electromechanical cleaning through a combination of electrical polarization of surfaces within lines, apparatus or devices with pulse rinsing methods in order to also clean heavily stuck deposits or product residues from media-carrying systems.
  • Electrical polarization avoids chemicals during mechanical cleaning or cleaning pretreatment. Instead, the electrical polarization of the surface triggers chemical reactions that either lead to the targeted precipitation and separation of compounds instead of the deposits that would otherwise form or ensure that the deposits dissolve.
  • the electrical polarization means that such deposits or deposits can be removed using the pulse rinsing process. This means that deposits can be specifically kept away from critical areas of systems; mechanical cleaning using pulse flushing processes is far more effective. By using direct current or alternating current, cleaning can also be carried out in a status-oriented manner.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektromechanischen Entfernung von Ablagerungen in Rohrleitungen oder Apparaten, die ein oder mehrere Hohlrohre oder ein Rohrsystem umfassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:a. Festlegen einer Reinigungsstrecke innerhalb der zu reinigenden Rohrleitung oder des zu reinigenden Apparats,b. Anlegen einer elektrischen Spannung an wenigstens einer elektrisch leitenden Oberfläche der Reinigungsstrecke des Hohlrohrs oder Rohrsystems mit gewünschter Polarisation zwischen einem anodischen Bereich oder einer Anode und einem kathodischen Bereich oder einer Kathode,c. falls erforderlich, Teilbefüllung der Reinigungsstrecke mit Spülmedium,d. Beaufschlagung der Reinigungsstrecke mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang der Reinigungsstrecke von einer Einspeisestelle zu einer Ausspeisestelle getrieben werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektromechanischen Entfernung von Ablagerungen in Rohrleitungen oder Apparaten.
  • Für die Reinigung von Rohrleitungen oder komplexen Rohrleitungssystemen, beispielsweise Wärmeübertrager oder Pumpen, sind unterschiedliche mechanische Verfahren bekannt, um Ablagerungen, Produktreste oder Biofilme aus den Systemen zu entfernen. Ein sehr effektives Verfahren zur Entfernung von Ablagerungen ist das Impulsspülverfahren, bei dem alternierende Folgen von Wasserblöcken und Gasblasen durch einen zu reinigenden Rohrabschnitt getrieben werden. Ein solches Verfahren ist beispielsweise Bestandteil der EP 2 674 228 A1 , bei dem in einer ersten Vorbereitungsphase die Leitung mit einem leitungsausfüllenden Gas oder Gasgemisch bis auf eine Flüssigkeitsrestmenge zur Schaffung eines Expansionsraums teilentleert wird, wobei die in die Leitung beaufschlagte Druckgasblase in der Vorbereitungsphase das Volumen der Spülstrecke nahezu vollständig einnimmt.
  • Das Impulsspülverfahren beinhaltet das plötzliche Unter-Druck-Setzen von Gas oder Gasgemisch in einer Leitung mit einem hohen Druck durch Modulieren von Druckimpulsen, so dass MiniWasserblöcke in der Leitung gebildet werden. Die Blöcke werden hoch beschleunigt und mit hoher Geschwindigkeit durch die Linie gefahren. Eine Druckgaszufuhr wird nach vorübergehendem Absenken des durch die Impulse aufgebauten Drucks in der teilentleerten Leitung direkt mit gleichem oder hohem Druck nachgeregelt, so dass sich weitere Wasserblöcke bilden. Die ersteren Blöcke werden von den letzteren Blöcken mit hoher Geschwindigkeit getroffen, so dass die ersteren Blöcke zusätzlichen Vortrieb erhalten.
  • 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.
  • Daneben existieren auch elektrochemische Verfahren zum Lösen von Ablagerungen.
  • Die DE 40 40 694 A1 beschreibt eine Entkeimungsvorrichtung für Wasser, umfassend eine Anode und eine Kathode, einen vom Wasser durchströmten Reaktor sowie eine Stromversorgungseinrichtung. Es kommt eine anodische Oxidation zur Anwendung.
  • In der EP 1 632 589 B1 wird ein Verfahren zur Entfernung von Oberflächenbereichen eines Bauteils mittels einer Elektrodenanordnung beschrieben. Dabei sind die Elektrode und das Bauteil in einem Elektrolyten angeordnet und die Elektrode und das Bauteil elektrisch miteinander über einen Stromgeber verbunden. Der Stromgeber erzeugt einen gepulsten Strom und einen Basisstrom durch Anlegen eines Potentials.
  • Die DE 198 12 801 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Reinigung von Elektroden in der Elektrolyse, wodurch Ablagerungen wie Kalk an den Katoden entfernt werden können. Der Anwendungsbereich liegt primär bei Elektrolyseprozessen, bei denen Ablagerungen an Elektroden auftreten können, beispielsweise bei einer elektrochemischen Wasserdesinfektion oder bei einer physikalischen Wasserbehandlung mittels Wasserelektrolyse.
  • Die oben genannten Impulsspülverfahren erlauben eine mechanische Reinigung von Rohrleitungen und Apparaten, wie beispielsweise Pumpen oder Wärmeübertrager. Durch die in die Leitungen eingeleiteten Druckluftimpulse entstehen an den Innenoberflächen der Rohrleitung große Scherkräfte, welche Ablagerungen mobilisieren und anschließend vollständig austragen. Die entsprechenden Reinigungsabschnitte befinden sich während der Reinigung außer Betrieb.
  • Allerdings haben die erwähnten Impulsspülverfahren und auch andere mechanische Reinigungsverfahren für Rohrleitungen oder Apparate dort ihre Grenzen, wo die Ablagerungen hart und fest anhaften. Dies ist beispielsweise bei Anlagen der Farbindustrie der Fall, wo die Produktleitungen mit Farbresten ausgekleidet sind. Die Anwendung von chemischen Verfahren ist jedoch unerwünscht, da Chemikalien oder Enzyme zum Einsatz kommen, die umweltbedenklich sind. Ferner sind die Maßnahmen auch immer mit Anlagenstillständen verbunden, die im industriellen Bereich entweder nicht möglich oder mit hohem Aufwand verbunden sind. Weiter verhärten sich die Ablagerungen in den Produktleitungen mit der Betriebszeit, weswegen der Aufwand, diese zu entfernen, ebenfalls ansteigt. Insbesondere bei salzreichen Wässern und erhöhten Temperaturen bilden sich harte und fest haftende Ablagerungen in den Leitungssystemen oder einzelnen Leitungsabschnitten, so dass mechanische Reinigungsverfahren nicht mehr effizient zur Entfernung von Ablagerungen eingesetzt werden können.
  • Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bekannte Impulsspülverfahren zu verbessern, so dass auch harte und fest anhaftende Ablagerungen in Rohrleitungssystem ohne zusätzlich Chemikalien entfernt werden können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Die Erfinder haben überraschenderweise festgesellt, dass die Effizienz von Impulsspülverfahren deutlich gesteigert werden kann und sich auch Ablagerungen lösen lassen, wenn das Verfahren mit einer elektrochemischen Polarisation kombiniert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht daher eine Kombination eines Impulsspülverfahrens mit einer elektrochemischen Behandlung vor. Das Verfahren basiert daher auf einer elektromechanischen Entfernung von Ablagerungen in Rohrleitungen oder Apparaten, die ein oder mehrere Hohlrohre oder ein Rohrsystem umfassen.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst eine Reinigungsstrecke innerhalb der zu reinigenden Rohrleitung oder des zu reinigenden Apparats festgelegt. Die Reinigungsstrecke entspricht vorzugsweise einem Rohrleitungsabschnitt innerhalb einer Rohrleitung eines komplexen Rohrleitungssystems oder eines Apparats. Bei dem Apparat handelt es sich beispielsweise um Wärmeübertrager, Wärmepumpen, Produktförderpumpen etc. Damit das Druckspülverfahren umgesetzt werden kann, ist es erforderlich, die Druckluftimpulse an einer Einspeisestelle in dem zu reinigenden Leitungsabschnitt zu beaufschlagen, so dass die entstehenden Wasserblöcke unter Druck durch die Leitung getrieben werden können. Durch die entstehenden Scherkräfte werden leicht anhaftende Ablagerungen entfernt. Die alternierenden Flüssigkeitsblöcke und Gasblöcke entleeren sich schließlich an einer Ausspeisestelle.
  • Vor oder während der Beaufschlagung der Leitung mit Druckimpulsen wird nun erfindungsgemäß eine elektrische Spannung an wenigstens einer elektrisch leitenden Oberfläche der Reinigungsstrecke des Hohlrohrs oder Rohrsystems mit gewünschter Polarisation angelegt. Dadurch entstehen anodische und/oder kathodische Bereiche, also geladene Zonen, die eine Umwandlung von schwer löslichen Verbindungen ermöglichen. Anodische Bereiche besitzen eine positive Ladung und ziehen negativ geladene Teilchen an. Kathodische Bereiche besitzen eine negative Ladung und ziehen positiv geladene Teilchen an. Durch die elektrische Polarisation werden einerseits Stoffe aus dem wässrigen Medium gezielt ausgefällt oder andererseits bereits abgeschiedene Stoffe im wässrigen Medium gelöst. Das Lösen von Stoffen erfolgt in der Regel an der Anode und führt zu einer pH-Absenkung (sauer), während das Ausfällen an der Kathode erfolgt und mit einer pH-Anhebung (alkalisch) verbunden ist. Je nach Apparatur oder Rohrleitung, kann die Anwendung einer Elektrode erforderlich sein, die als Kathode negativ oder als Anode positiv polarisierbar ist.
  • Die Erfindung basiert auf der Beobachtung, dass die Oberflächen von Rohrleitungen, insbesondere Rohrleitungen mit metallenen Oberflächen, die den elektrischen Strom leiten können, in wässrigen Medien zu anodischen und kathodischen Bereichen führen, wobei durch die entstehenden H+-Ionen die anodischen Bereiche saurer werden, während die kathodischen Bereiche durch das Entstehen von OH--Ionen alkalischer werden. Insbesondere alkalische Bedingungen beschleunigen das Ausfällen schwer löslicher Verbindungen, beispielsweise von Kalk (CaCO3) oder Eisenverbindungen (z.B. FeOOH). Werden mittels elektrischer Polarisation saure Bedingungen geschaffen, werden solche Verbindungen wiederum aufgelöst. Durch das Steuern der Polarisation oder durch einen Polarisationswechsel wird die Möglichkeit geschaffen, harte oder schwer anhaftende Ablagerungen an metallischen Oberflächen von Rohrleitungen gezielt so zu beeinflussen, dass sie über das nachfolgende mechanische Impulsspülverfahren mobilisierbar sind.
  • An der Anode bzw. den anodischen Bereichen (z.B. einem eisenhaltigen Material oder Eisen) wird chemisch gesehen das zunächst elektrisch neutrale Metall (z.B. eisenhaltige Ablagerungen) in einem Elektrolyten (d.h. einer wässrigen Lösung) eine (stoffspezifische) Auflösung erfahren. Dabei entsteht, unter Freisetzung von Elektronen der äußeren Atomhülle, ein Kation. Dieses Ion überwindet die Phasengrenze Metall/Elektrolyt und geht im wässrigen Milieu in Lösung. Die Elektronen hingegen verbleiben im Metall wegen dessen hervorragenden Elektronenleitfähigkeit. Dabei wird die Metalloberfläche der Leitung, aufgrund der Ladung der Elektronen, elektrisch negativ aufgeladen. Das Wasser um die Anode reagiert wegen der Hydrolyse der Metall-Kationen sauer. Mit zunehmend negativer Ladung wird es für neu entstehende Ionen wegen der gleichzeitigen Elektronenanreicherung immer schwieriger zu entweichen, da die Rückhaltekraft (d.h. die Anziehung von positiv und negativ geladenen Teilchen) der Abwanderung der positiv geladenen Metallionen entgegenwirkt. Hierbei wird sich letztlich ein Gleichgewichtszustand einstellen, welcher eine weitere Ionisation, d.h. Auflösung des Metalls, verhindert. Die Möglichkeit einer kathodischen Reaktion ist dort gegeben, wo sich Elektronen angereichert haben. Die elektrisch negativ geladenen Bereiche (Kathoden bzw. kathodische Bereiche) ziehen Kationen an, welche zunächst an der Metalloberfläche verbleiben, solange ein Elektronenakzeptor oder die äußere Einwirkung elektrischer Ströme fehlt. Stehen an der Metalloberfläche Reaktionspartner zur Verfügung, z.B. Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O), wird Sauerstoff durch Elektronenaufnahme, unter Bildung von negativ geladenen Hydroxydionen reduziert. Bei dieser Reaktion werden Elektronen und Sauerstoff verbraucht; fehlt einer der Reaktionspartner, kommt diese Reaktion zum Stillstand. Eine weitere kathodische Teilreaktion kann in Sauerstoff-freien Medien die Reduktion von Wasser zu Hydroxidionen und neutralem Wasserstoff sein.
  • Diese Reaktionen und Vorgängen lassen sich anhand nachfolgender Reaktionsformeln darstellen:
    • Anodischer Bereich bei Abwesenheit von Chlorid:

               2 H2O → 4 H+ + 4 e- + O2

    • Anodischer Bereich bei Anwesenheit von Chlorid:

               2 Na+ + 2 Cl- → 2 Na+ + 2 e- + Cl2 Folgereaktion: Cl2 + H2O → HCl + HClO → H+ + Cl-

    • Kathodischer Bereich bei Abwesenheit von Sauerstoff:

               2 H2O + 2 e- → 2 OH + H2

    • Kathodischer Bereich bei Anwesenheit von Sauerstoff:

               2 H2O + 4 e- + O2 → 4 OH-

  • Die Teilreaktionen verdeutlichen, dass während der Polarisation das Wasser an anodischen Bereichen saurer (Entstehen von H+) und an kathodischen Bereichen alkalischer (Entstehen von OH-) wird. Im Allgemeinen beschleunigen alkalische Bedingungen das Ausfällen schwerlöslicher Verbindungen wie Kalk (CaCOs) oder Eisenverbindungen z.B. FeOOH. Saure Bedingungen hingegen lösen diese Verbindungen auf. Beide Bedingungen schaffen die Möglichkeit, die Bildung von Ablagerungen durch Steuern der Polarisation gezielt so zu beeinflussen, dass sie mit der mechanischen druckinduzierten Impulsspülreinigung zu mobilisieren sind. Im kathodischen Bereich entstehen durch beschleunigte Abscheidung voluminöse Ablagerungen. Im anodischen Bereich verhindert das saure Medium das Abscheiden von Ablagerungen. Darüber hinaus hilft die Gasbildung von Sauerstoff, diesen Bereich weitgehend frei von Ablagerungen zu halten. In Anwesenheit von Chlorid kann die Chlorbildung zur Desinfektion dienen.
  • Um das Auflösen von Metallen aus Werkstoffen, wie z.B. Eisen aus Stahl, zu vermeiden, kommen bei kathodischen Schutzanlagen vorzugsweise nicht-angreifbare Fremdstromanoden, beispielsweise mit Beschichtungen oder Überzügen aus Titan, Mischmetalloxid (MMO), Titan-MMO, oder Titannitrid zur Anwendung. Alternativ können auch Fremdstromanoden aus Graphit oder Magnetit zur Anwendung kommen. An diesen Fremdstromanoden entstehen im sauren Medium in Abhängigkeit von der Chlorid-Konzentration Sauerstoff und Chlor. Es geht praktisch kein Metall in Lösung.
  • Wenn im Zuge der elektrischen Polarisation anodische Bereiche und kathodische Bereiche entstanden sind, kann, falls erforderlich, die Reinigungsstrecke mit Spülmedium zumindest teilbefüllt werden. Vorzugsweise ist jedoch der Reinigungsabschnitt bereits mit Spülmedium teilbefüllt. Als Spülmedium eignet sich entweder Produktwasser oder jedes andere Spülmedium, welches normalerweise beim Impulsspülverfahren zur Anwendung kommt. Die Teilbefüllung der Reinigungsstrecke bewirkt, dass sich alternierende Flüssigkeitsblöcke und Gasblöcke in der Leitung leitungsausfüllend ausbilden können. Nach der Teilbefüllung oder wenn der Reinigungsabschnitt bzw. die Reinigungsstrecke bereits teilbefüllt ist, erfolgt eine Beaufschlagung der Reinigungsstrecke mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang der Reinigungsstrecke von der Einspeisestelle durch die Rohrleitung zu der Ausspeisestelle getrieben werden. Durch die entstandenen kathodischen und anodischen Bereiche wird das Entfernen von festen Ablagerungen an der Rohrleitungsoberfläche erheblich erleichtert. Insbesondere im anodischen Bereich verhindert das saure Medium das Abscheiden von Ablagerungen. Darüber hinaus hilft der bei der Elektrolyse von Wasser entstehende Sauerstoff, diesen Bereich weitgehend frei von Ablagerungen zu halten. Sollte das Spülmedium salzhaltig sein, kann beispielsweise bei Anwesenheit von einem chloridhaltigen Salz im anodischen Bereich Chlor gebildet werden, welches antimikrobiell wirkt, also der Desinfektion dienlich ist.
  • In einer ersten Ausführungsvariante wird die elektrische Spannung vorzugsweise von einer Elektrode bereitgestellt, die als Anode oder Kathode wirkt, also positiv und/oder negativ polarisierbar ist. Vorzugsweise wird die elektrische Spannung, je nach Art des zu reinigenden Rohrleitungsabschnittes sowie Art und Umfang der Leitung, mittels Anode und/oder Kathode angelegt. In einer bevorzugten Ausführungsvariante werden die Anode und/oder Kathode mit einer Gleichspannung beaufschlagt. Bedarfsweise kann in einer weiter bevorzugten Ausführungsvariante auch eine Umpolung der Elektrode erfolgen. Die Gleichstromvariante führt zu der erwünschten Abscheidung von Stoffen der Ablagerungen an der Kathode oder dem kathodischen Bereich. Die anodischen Bereiche können wiederum bei der Gleichstromvariante ohne Ablagerungen dauerhaft in Betrieb bleiben. Als Anoden werden vorzugsweise säurebeständige Werkstoffe mit geringen Adhäsionskräften zu den Ablagerungen eingesetzt. Die Kathoden wiederum befinden sich an gut erreichbaren Stellen für die Reinigung von Ablagerungen im Hohlrohr oder Rohrleitungssystem. Bei der Abreinigung der Kathoden können die ausgetragenen Stoffe aus dem System entfernt und bei Bedarf aufgereinigt und als Werkstoff wiederverwendet werden. Bevorzugt sind auch Mischelektroden, d.h. hier wechseln sich anodische und kathodische Reaktionen ab. Homogene Mischelektroden zeichnen sich dadurch aus, dass Anode und Kathode ständig wechseln. Dies führt zu einem geringen (gleichmäßigen) Flächenabtrag der Ablagerungen von der Leitungsoberfläche.
  • In einer alternativen Ausführungsvariante werden die Anode und/oder Kathode mit Wechselspannung beaufschlagt. Bei der Wechselstromvariante bleiben die meisten Teile der Oberflächen weitgehend belagsfrei, weil anodische und kathodische Bereiche sich ständig abwechseln. Die mittels elektrischer Polarisation gelösten Rückstände können jedoch ohne Weiteres mittels der modulierenden Druckgasimpulse mechanisch mobilisiert und anschließend gezielt ausgetragen werden.
  • Die für die Polarisation eingesetzten elektrischen Spannungen richten sich vorzugsweise nach den Standard-Redoxpotentialen der verwendeten Werkstoffe und der entstehenden Gase (wie z.B. Sauerstoff, Chlor oder Wasserstoff). Normalerweise reichen für die kombinatorische Anwendung mit dem Impulsspülverfahren einige Volt als Spannung aus. Der Stromfluss ist abhängig von der Beschaffenheit und Art der Elektrodenoberflächen und der elektrischen Leitfähigkeit der eingesetzten Spülmedien. Ablagerungen verringern diese Ströme, so dass bei einer festgelegten Spannung zwischen den Elektroden der Zustand über den Strom und der Zeitpunkt für die erforderliche Abreinigung ermittelbar sind. Vorzugsweise ist die angelegte Spannung so groß, dass das wässrige Spülmedium ausreichend elektrolysiert ist, ohne den Werkstoff der Elektroden, insbesondere der Anoden, zu beeinträchtigen oder gar zu zerstören.
  • Das Spülmedium ist vorzugsweise eine wässrige Lösung. Je nach Anwendungsart und Rohrleitungssystem kann das Spülmedium jedoch auch das Produktmedium selbst sein. Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise in Rohrleitungen, Rohrleitungssystem, aber auch Apparaten und Geräten mit komplexen Oberflächen Anwendung, wie beispielsweise Pumpen oder Wärmeübertrager. Beim Vorhandensein von Temperaturunterschieden oder bei salzhaltigen Medien kommt es zum Abscheiden von Belägen (sogenanntes Scaling) an den Oberflächen, die mit dem Medium in Berührung stehen. Sie führen zu einer zunehmenden Beeinträchtigung des Wärmeübergangs im Laufe der Betriebsdauer. Je nach Art des Mediums können die Temperaturunterschiede zwischen dem Medium und der Oberfläche entweder positiv oder negativ sein, um die Ablagerungen abzuscheiden. Beispielsweise scheiden sich bei calcium- oder eisenhaltigen Grundwässern Ablagerungen an warmen Oberflächen von Unterwassermotorpumpen ab.
  • Der Zeitpunkt für die Reinigung eines Rohrleitungsabschnittes lässt sich vorzugsweise über den Temperaturverlauf feststellen. In bevorzugten Ausführungsvarianten kommen Sensoren, wie z.B. PT1000, zum Einsatz, welche die Temperatur an den entsprechenden Stellen messen. Die Reinigung der Rohrleitungen bzw. Rohrleitungssysteme mittels elektrischer Polarisation in Kombination mit einer mechanischen Reinigung eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, mit dem Verlauf des Polarisationsstroms den optimalen Zeitpunkt für Reinigungsmaßnahmen zu ermitteln.
  • Das zu reinigende Hohlrohr oder das Rohrsystem weist vorzugsweise zumindest abschnittsweise eine elektrisch leitende Oberfläche, bevorzugt eine metallische Oberfläche auf, die den elektrischen Strom leitet und die mit der angelegten elektrischen Spannung polarisierbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das zu reinigende Hohlrohr oder das Rohrsystem als Doppelrohr mit zwei voneinander getrennten Hohlräumen ausgebildet. Dabei sind die Oberflächen des äußeren und des inneren Hohlrohrs oder Rohrsystems elektrisch leitend und von einem elektrisch nicht oder schlecht leitenden Material isoliert. Somit sind zwei Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet, die zwei Hohlräume bilden und über ein Dielektrikum voneinander getrennt sind. Das Anlegen der elektrischen Spannung erfolgt bedarfsweise an der Oberfläche des äußeren Hohlrohrs oder Rohrsystems des Doppelrohrs und/oder an der Oberfläche des inneren Hohlrohrs oder Rohrsystems des Doppelrohrs. Somit kann die Oberfläche des äußeren Hohlrohrs als Kathode oder Anode oder die Oberfläche des inneren Hohlrohrs als Anode oder Kathode dienen (oder umgekehrt). Somit stellen die elektrisch leitenden Oberflächen der unterschiedlich großen Hohlrohre die Elektroden zur Verfügung (d.h. die kathodischen oder anodischen Bereiche).
  • In einer alternativen Ausführungsvariante, insbesondere bei Rohrleitungsabschnitten, die aus einem einzelnen Hohlrohr bestehen, ist für den Stromfluss das Einführen einer weiteren Elektrode erforderlich. Bei dieser Variante wird in das Hohlrohr oder das Rohrsystem eine zusätzliche Elektrode mit fester oder wechselbarer Polarisation von außen in den Hohlraum eingeführt. Vorzugsweise erfolgt die Lagerung der eingeführten Elektrode in etwa mittig innerhalb des Hohlrohrs oder Rohrsystems. Auch bei dieser Variante kann eine bedarfsweise Messung der Temperatur und/oder des Polarisationsstromes zur Ermittlung des Reinigungszeitpunkts erfolgen.
  • In bevorzugten Ausführungsvarianten umfasst die Elektrode eine Beschichtung oder Überzug aus Titan oder Titannitrid. Titannitrid ist elektrisch leitend, sehr abriebbeständig, chemikalienbeständig, thermobeständig und physiologisch unbedenklich. Die Titannitrid-Oberfläche zeichnet sich durch geringe Adhäsionskräfte für Ablagerungen aus und wird dementsprechend vorzugsweise in Kombination mit dem mechanischen Impulsspülverfahren eingesetzt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer Kombination einer elektrophysikalischen Reinigung mit anschließender Impulsspülung. Bei der Beaufschlagung der Reinigungsstrecke mit modulierenden Druckgasimpulsen werden alternierende Flüssigkeitsblöcke und Gasblöcke gebildet, die impulsartig entlang der Reinigungsstrecke von der Einspeisestelle durch die Rohrleitung zur Ausspeisestelle getrieben werden. In einer bevorzugten Variante ist vorgesehen, dass die in die Leitung beaufschlagte Gasmenge, Impulsfrequenz und/oder Impulsdauer in Abhängigkeit vom Querschnitt des Leitungsnetzes, der Leitungstopographie, der Zahl und dem Querschnitt der Leitungsabzweigungen und/oder der Länge der Reinigungsstrecke ermittelt wird. Durch Einstellung einzelner oder mehrerer Parameter kann der Reinigungserfolg der mechanischen Reinigung angepasst werden. Durch die elektrische Polarisation ist jedoch der Energieaufwand bei der mechanischen Reinigung erheblich reduziert.
  • In einer bevorzugten Variante wird das Hohlrohr oder das Rohrsystem nach der erfolgten elektrischen Polarisierung mit einem leitungsausfüllenden Gas oder Gasgemisch bis auf eine Flüssigkeitsrestmenge zur Schaffung eines Expansionsraums teilentleert, und anschließend erfolgt eine modulierende Druckgaszufuhr, bei der das Gas oder Gasgemisch über wenigstens einen Druckimpuls mit hohem Druck in die Leitung beaufschlagt wird. Dadurch bilden sich Miniwasserblöcke in der Leitung, die mit hoher Geschwindigkeit durch das Hohlrohr oder das Rohrsystem getrieben werden und bei der die Druckgaszufuhr nach kurzeitigem Absinken des durch den Druckimpuls aufgebauten Druckes in der teilentleerten Leitung unmittelbar darauf mit demselben oder einem höheren Druck nachgeregelt wird, um neue Wasserblöcke zu bilden, die mit hoher Geschwindigkeit auf die vorauseilenden Miniwasserblöcke prallen, welche dadurch einen zusätzlichen Vortrieb erhalten.
  • In einer weiter bevorzugten Variante ist vor der eigentlichen Reinigungsstrecke eine Vorlaufstrecke zur Beschleunigung des Flüssigkeitsvolumens in dem Hohlrohr oder dem Rohrsystem vorgesehen, wobei die Vorlaufstrecke mit einer 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. Die Vorlaufstrecke hat die Funktion einer Beschleunigungsstrecke, damit die Flüssigkeitsblöcke und Gasblöcke beschleunigt werden und sich innerhalb der Rohrleitung oder des Systemabschnittes bis zum Anfang der Reinigungsstrecke leitungsausfüllend ausbilden können. Um die Effizienz zu erhöhen, verläuft die Vorlaufstrecke gegenüber der Reinigungsstrecke vorzugsweise mit einem Winkel größer 0°, vorzugsweise zwischen 0° und 90°.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle Arten von Prozess- und Produktleitungen, aber auch für komplexe Systeme wie Wärmepumpen, Wärmeübertrager oder Pumpen. Ein besonderer Einsatzbereich ist bei Rohrleitungen zur Entnahme von Wasser aus Seen oder bei Rohrleitungssystemen bei Booten oder Schiffen zu sehen, bei denen eine Verschleppung der Quagga-Muschel zu beobachten ist. Quagga-Muscheln gehören zu den Neophyten, die sich in den Gewässern immer mehr ausbreiten und insbesondere bei einer Wasserentnahme aus Flüssen oder Seen große Probleme mit sich bringen. Die Muscheln haften sich an Leitungen und andere wasserführende Anlagen oder Geräte an. Durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommende elektrische Polarisation der wasserberührten Oberflächen kann die Anhaftung von Neophyten, insbesondere der Quagga-Muschel, verringert oder gar ganz verhindert werden. Denn am kathodischen Bereich entsteht, wie beschrieben, ein alkalisches Milieu, während sich an den anodischen Bereichen in Gegenwart von chloridfreiem Chlor in Form von unterchloriger Säure oder Hypochlorid bildet und deshalb als Desinfektionsmittel wirkt. Die Kombination mit dem Impulsspülverfahren sorgt dafür, dass die Muschelschalen gezielt aus dem System ausgetragen werden, bevor sie in den Anlagen Schaden anrichten können.
  • Die Zusammensetzung der Elektrolytlösung wirkt sich ggf. ebenfalls auf den Reinigungserfolg aus. Je nach Anwendungsfall können entweder salzhaltige Spülmedien eingesetzt werden. Je nach Stromfluss des Polarisationsstromes kann es jedoch erforderlich sein, dass das Medium beispielsweise zwischen Mantelrohr und Produktrohr nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, damit der Polarisationsstrom an den Oberflächen der Produktleitung wirken kann (siehe Fig. 1). Bevorzugte Medien sind beispielsweise unpolare Flüssigkeiten wie Pentan, Isopentan oder entionisiertes Wasser.
  • Die Erfindung wird in der nachfolgenden Zeichnung näher erläutert. Keinesfalls soll die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsvarianten beschränkt werden. Auch ist für den Fachmann ersichtlich, dass eine Kombination einzelner Merkmale von Ausführungsvarianten vom Geist der vorliegenden Erfindung mit umfasst ist.
  • In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, bei dem schematisch zwei Möglichkeiten zur elektrischen Polarisation der mit Spülmedium in Kontakt tretenden Oberflächen in den beiden Kammern gezeigt sind. Medienrohr und Mantelrohr sind durch Dichtungen elektrisch voneinander getrennt. Zur Polarisation im Medienrohr wird eine Fremdstromanode eingesetzt. Diese ist elektrisch getrennt vom Medienrohr im Doppelrohrwärmeübertrager, kann aber in einem angeschlossenen elektrisch getrennten Bauteil kontaktiert werden.
  • Fig. 1A zeigt schematisch eine (vorzugsweise wechselbare) elektrische Polarisation zwischen Medienrohr und Mantelrohr. Eine solche Konstellation kann beispielsweise bei einem Doppelrohrwärmeübertrager auftreten. Das Produktmedium befindet sich im äußeren Hohlrohr, die anodischen Bereiche oder Anode hingegen liegen Innen an.
  • Fig. 1B zeigt schematisch eine elektrische Polarisation im Medienrohr mittels zusätzlicher Elektrode. Eine solche Konstellation kann beispielsweise bei einem Rohrbündelwärmeübertrager auftreten. Vorzugsweise wird eine beständige, nicht-angreifbare Fremdstromanode eingesetzt, vorzugsweise bestehend aus Mischoxid-beschichtetem Titan oder Magnetit.
    • Beispiel 1 - Unterwassermotorpumpe
  • Eine Unterwassermotorpumpe besteht aus flüssigkeitsdurchlaufenden Leitungsabschnitten. Die Pumpen bestehen in der Regel aus mehreren, übereinander angebrachten Kammern und Laufrädern. Der Antriebsmotor wird mit dem vorbeiströmenden Wasser gekühlt. Bei solchen Unterwassermotorpumpen verringert sich die Wirksamkeit rein mechanischer Impulsspülverfahren mit der Anzahl der Kammern. Beim Anbringen von Kathoden am zusätzlichen Mantelrohr um den Motor wird durch den Elektrodenfluss ein elektrischer Strom erzeugt. In den anodischen Bereichen bzw. an der Anode kommt es zur Oxidation, während in den kathodischen Bereichen bzw. an der Kathode eine Reduktion feststellbar ist. Ablagerungen gehen als Elektrolyt in Lösung.
  • In einer weiteren, hier nicht gezeigten Variante ist es auch möglich, kathodische und anodische Bereiche im Wechsel zu tauschen, damit voluminöse Beläge entstehen, die leichter über das folgende Impulsspülverfahren zu reinigen sind.
    • Beispiel 2 - Plattenwärmeübertrager
  • Wärmeübertrager sind in den meisten Anwendungen dadurch charakterisiert, dass die Wärme aus einem Medium über eine metallische Wand in ein zweites Medium übergeht. In Plattenwärmeübetragern sind in der Regel mehrere Kammern nacheinander angeordnet. In geschraubten Plattenwärmeübertragern sorgen ringsum laufende Dichtungen für die Dichtheit der einzelnen Kammern. Gummidichtungen haben gewöhnlich einen hohen elektrischen Widerstand. Wenn Bolzen, Stangen, Schrauben, Muttern oder Platten auch elektrisch getrennt ausgeführt sind, ist es möglich, die einzelnen Platten mit verschiedenen Potentialen mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu beaufschlagen. Der Polarisationsstrom kann aber auch durch beide Medien in sämtlichen Kammern fließen. Deshalb sollte vorzugsweise ein Medium zum Einsatz kommen, das nicht zum Scaling neigt und eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist, damit der Polarisationsstrom an den Oberflächen mit Neigung zu Scaling entsprechend wirksam ist. Solche Medien sind beispielsweise unpolare Flüssigkeiten, wie Pentan oder Isopentan. Eine geringere elektrische Leitfähigkeit erhält man jedoch auch bei Einsatz von entionisiertem Wasser, das gegenüber salzhaltigen Flüssigkeiten eine wesentlich geringere elektrische Leitfähigkeit aufweist.
  • Die Polarisation und Häufigkeit der mechanischen Impulsspülreinigung richtet sich nach der Neigung des Mediums zu Ablagerungen an den Plattenoberflächen. Vorzugsweise kommt eine wechselnde Polarisation der Platten zum Einsatz.
    • Beispiel 3 - Doppelrohrwärmeübertrager
  • Doppelrohrwärmeübertrager (Rohr-in-Wärmeübertrager) bestehen aus einem äußeren Mantelrohr und einem Medienrohr, das die beiden Medien voneinander trennt und für den Wärmeübergang sorgt. Das Medienrohr kann als Glattrohr, aber auch als Strukturrohr ausgeführt sein. Strukturierte Medienrohre erhöhen die Turbulenz der beiden Medien und damit den Wärmeübergang. Während Glattrohre mit mechanischen Verfahren gut zu reinigen sind, beispielsweise mit Molchen oder Schwammkugeln, sind strukturierte Rohre besonders für eine Reinigung über ein Impulsspülverfahren geeignet. Bei elektrisch voneinander getrennten Mantel- und Medienrohren lassen sich Doppelrohrwärmeübertrager erfindungsgemäß polarisieren und anschließend mit dem mechanischen Pulsspülverfahren reinigen, um Ablagerungen zu lösen und aus dem System zu entfernen.
    • Beispiel 4- Rohrbündelwärmeübertraoer
  • Bei Rohrleitungssystemen, bei denen aufgrund der Geometrie unterschiedliche Ströme zwischen Mantelrohr und Medienrohr in unterschiedlicher Intensität zu den Oberflächenbereichen der einzelnen Medienrohre fließen, wird vorzugsweise eine externe Elektrode in den Hohlraum eingeführt, da innerhalb der Medienrohre eine Polarisierung nicht ohne weitere Elektroden möglich ist.
  • Bei Rohrbündelsystemen aus Doppelrohren kann auf eine externe Elektrode verzichtet werden, da das zu Scaling neigende Medium zwischen Mantelrohr und Medienrohr fließen kann. Hier lässt sich eine effektive Polarisierung ohne externe Elektroden erreichen, denn die Außenhülle des Innenrohrs oder des Außenrohrs wirkt als Anode oder Kathode.
  • Zusammengefasst ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine elektromechanische Reinigung durch eine Kombination von elektrischer Polarisation von Oberflächen innerhalb von Leitungen, Apparaten oder Geräten mit Impulsspülmethoden, um so auch stark festsitzende Beläge oder Produktreste aus medienführenden Anlagen zu reinigen. Durch die elektrische Polarisation werden Chemikalien bei der mechanischen Reinigung oder Vorbehandlung der Reinigung vermieden. Stattdessen werden durch die elektrische Polarisation der Oberfläche chemische Reaktionen ausgelöst, die entweder zum gezielten Ausfällen und Abscheiden von Verbindungen statt der sonst entstehenden Ablagerungen führen oder dafür sorgen, dass die Ablagerungen in Lösung gehen. Die elektrische Polarisation bewirkt, dass sich solche Ablagerungen oder Beläge durch das Impulsspülverfahren entfernen lassen. Somit lassen sich gezielt Beläge aus kritischen Bereichen von Anlagen fernhalten, die mechanische Reinigung mittels Impulsspülverfahren ist weitaus effektiver. Durch Anwendung von Gleichstrom oder Wechselstrom kann zudem eine Reinigung zustandsorientiert durchgeführt werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zur elektromechanischen Entfernung von Ablagerungen in Rohrleitungen oder Apparaten, die ein oder mehrere Hohlrohre oder ein Rohrsystem umfassen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    a. Festlegen einer Reinigungsstrecke innerhalb der zu reinigenden Rohrleitung oder des zu reinigenden Apparats,
    b. Anlegen einer elektrischen Spannung an wenigstens einer elektrisch leitenden Oberfläche der Reinigungsstrecke des Hohlrohrs oder Rohrsystems mit gewünschter Polarisation zwischen einem anodischen Bereich oder einer Anode und einem kathodischen Bereich oder einer Kathode,
    c. falls erforderlich, Teilbefüllung der Reinigungsstrecke mit Spülmedium,
    d. Beaufschlagung der Reinigungsstrecke mit modulierenden Druckgasimpulsen zur Ausbildung von alternierenden Flüssigkeitsblöcken und Gasblöcken, die impulsartig entlang der Reinigungsstrecke von einer Einspeisestelle zu einer Ausspeisestelle getrieben werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anlegen der elektrischen Spannung wenigstens eine Elektrode bereitgestellt wird, die als Kathode entweder negativ oder als Anode positiv polarisierbar ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anode und der Kathode eine Gleichspannung angelegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bedarfsweise eine Umpolung der Anode oder der Kathode erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anode und der Kathode eine Wechselspannung angelegt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Hohlrohr oder Rohrsystem eine elektrisch leitende Oberfläche aufweist, die mit der angelegten elektrischen Spannung polarisierbar ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zu reinigende Hohlrohr oder Rohrsystem als Doppelrohr mit zwei voneinander getrennten Hohlräumen ausgebildet ist, wobei die Oberflächen des äußeren und des inneren Hohlrohrs oder Rohrsystems elektrisch leitend sind und von einem elektrisch nicht oder schlecht leitenden Material isoliert sind, wobei das Anlegen der elektrischen Spannung bedarfsweise an der Oberfläche des äußeren Hohlrohrs oder Rohrsystems des Doppelrohrs oder an der Oberfläche des inneren Hohlrohrs oder Rohrsystems des Doppelrohrs erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fehlen eines kathodischen oder anodischen Bereiches eine zusätzliche Elektrode mit fester oder wechselbarer Polarisation in den Hohlraum des Hohlrohrs oder des Rohrsystems eingeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messung der Temperatur und/oder des Polarisationsstromes zur Ermittlung des Reinigungszeitpunkts erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrohr oder das Rohrsystem mit einer Elektrolytlösung teilbefüllt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 2 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Elektrode um eine Fremdstromanode handelt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fremdstromanode mit Titan, Titan-Mischmetalloxid (MMO) oder Titannitrid überzogen oder beschichtet ist, oder aus Magnetit oder Graphit besteht.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Hohlrohr oder Rohrsystem beaufschlagte Gasmenge, Impulsfrequenz und/oder Impulsdauer in Abhängigkeit vom Querschnitt des Leitungsnetzes, der Leitungstopographie, der Zahl und dem Querschnitt der Leitungsabzweigungen und/oder der Länge der Reinigungsstrecke ermittelt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrohr oder das Rohrsystem nach der erfolgten elektrischen Polarisierung mit einem leitungsausfüllenden Gas oder Gasgemisch bis auf eine Flüssigkeitsrestmenge zur Schaffung eines Expansionsraums teilentleert wird und anschließend eine modulierende Druckgaszufuhr erfolgt, bei der das Gas oder Gasgemisch über wenigstens einen Druckimpuls mit hohem Druck in das Hohlrohr oder das Rohrsystem beaufschlagt wird, wodurch sich Miniwasserblöcke in dem Hohlrohr oder dem Rohrsystem bilden, die mit hoher Geschwindigkeit durch das Hohlrohr oder das Rohrsystem getrieben werden und bei der die Druckgaszufuhr nach kurzeitigem Absinken des durch den Druckimpuls aufgebauten Drucks in dem teilentleerten Hohlrohr oder Rohrsystem unmittelbar darauf mit demselben oder einem höheren Druck nachgeregelt wird, um neue Wasserblöcke zu bilden, die mit hoher Geschwindigkeit auf die vorauseilenden Miniwasserblöcke prallen, welche dadurch einen zusätzlichen Vortrieb erhalten.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Reinigungsstrecke eine Vorlaufstrecke zur Beschleunigung des Flüssigkeitsvolumens in dem Hohlrohr oder dem Rohrleitungssystem 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 Reinigungsstrecke leitungsausfüllend zu durchwandern.
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