ES2245066T3 - Procedimiento y dispositivo para el suministro de gas y la recuperacion de gas. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para el suministro de gas y la recuperacion de gas.Info
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Abstract
Procedimiento para el suministro y la recuperación de gas utilizando un medio gaseoso que se almacena bajo presión en al menos un recipiente de compensación intermedio y que se conduce desde el recipiente de compensación intermedio, eventualmente a través de un convertidor de presión, hasta un consumidor (suministro) y desde el consumidor, eventualmente a través de un convertidor de presión, hasta el recipiente de compensación intermedio o hasta un recipiente de compensación intermedio adicional (recuperación), caracterizado porque se utilizan como recipientes de compensación intermedios varios recipientes de presión con presión diferente dispuestos en forma de cascada.
Description
Procedimiento y dispositivo para el suministro de
gas y la recuperación de gas.
La invención concierne a un procedimiento para el
suministro de gas y la recuperación de gas utilizando un medio
gaseoso que se almacena a presión en al menos un recipiente de
compensación intermedio y que se conduce desde el recipiente de
compensación intermedio, eventualmente a través de un convertidor
de presión, hasta un consumidor (suministro) y desde el consumidor,
eventualmente a través de un convertidor de presión, hasta al menos
un recipiente de compensación intermedio o hasta un recipiente de
compensación intermedio adicional (recuperación).
La invención concierne también a un dispositivo
para el suministro y la recuperación de gas utilizando un medio
gaseoso, que comprende al menos un recipiente de compensación
intermedio para almacenar el medio a presión y una o varias uniones
desde el al menos un recipiente de compensación intermedio,
eventualmente a través de un convertidor de presión, hasta un
consumidor (suministro) y desde el consumidor, eventualmente a
través de un convertidor de presión, hasta el recipiente de
compensación intermedio o hasta un recipiente de compensación
intermedio adicional (recuperación).
Tales procedimientos y dispositivos se utilizan,
por ejemplo, en el suministro de gas de una prensa isostática en
caliente y en el enfriamiento brusco con gas a alta presión. En lo
que sigue, se consideran con más detalle el estado de la técnica la
invención ayudándose de estos casos de aplicación.
Hasta ahora, en el prensado isostático en
caliente (HIP) se genera con ayuda de un medio de presión, casi
siempre argón o nitrógeno, la presión necesaria en la prensa de la
manera siguiente:
El gas se almacena casi siempre en forma líquida
en un depósito de almacenaje a baja temperatura (recipiente
acumulador) a un máximo de 18 bares. Mediante una instalación de
aumento de la presión y un evaporador de alta presión se bombea el
gas hacia un recipiente de compensación intermedio. Dependiendo de
la presión final necesaria y de la temperatura necesaria, el gas
del recipiente tampón, en el que se almacena el gas en forma
gaseosa a la presión necesaria (hasta 300 bares), es introducido en
la instalación HIP hasta compensar la presión de los dos sistemas.
Sin embargo, si la presión en la instalación HIP es demasiado
pequeña, se tiene que seguir bombeando gas del recipiente tampón en
la cantidad y presión necesarias a través del convertidor de
presión.
Se calienta ahora el gas, por ejemplo, a 1000°C
por medio del horno integrado en la instalación HIP, con lo que se
eleva la presión, por ejemplo, hasta 1000 bares.
Si durante el tiempo de retención se produce una
pérdida de presión en la instalación HIP, se sigue bombeando gas a
través del convertidor de presión.
Después de un tiempo de retención de 1 a 8 horas
se efectúan la descarga de presión de la instalación HIP y el
retorno del gas al recipiente tampón hasta la compensación de la
presión de los dos sistemas. A continuación, se bombea hacia el
recipiente tampón, a través del convertidor de presión, el gas que
está aún en la instalación HIP. Debido a la construcción del
convertidor de presión, queda aún en la instalación HIP un gas
residual que se descarga al exterior como pérdida.
Antes de reiniciar el proceso se tiene que seguir
bombeando entonces la cantidad de gas descargada al exterior como
pérdida en contra de la casi plena presión tampón.
El enfriamiento brusco con gas a alta presión
proporciona otro ejemplo. En este procedimiento se enfrían
bruscamente en breve tiempo materiales recocidos (calentados),
preferiblemente acero, por medio de gases comprimidos, hasta una
estructura de temple para ser después bonificados (revenidos) en un
proceso subsiguiente de una manera específica para la aplicación
prevista. Para materializar este proceso de enfriamiento brusco se
llena - análogamente a como se hace en el ejemplo ya descrito para
el prensados isostático en caliente - un recipiente de presión
(consumidor) desde un recipiente de compensación intermedio hasta
la presión de trabajo y se expansiona dicho recipiente después del
proceso hasta la presión atmosférica.
Existen también aquí los inconvenientes de que la
energía (de presión) almacenada en el gas comprimido no se
aprovecha o recupera o bien esto se hace sólo en grado insuficiente
y de que las pérdidas de gas ligadas a esto son altas.
Por tanto, la presente invención se basa en el
problema de indicar un procedimiento y un dispositivo de la clase
citada al principio que mejoren el suministro y la recuperación de
gas evitando al propio tiempo los inconvenientes mencionados. En
este caso, especialmente la energía (de presión) - dependiendo del
problema práctico planteado y de las circunstancias locales -
deberá ser utilizada de la forma más óptima posible para disminuir
el consumo de gas y la energía externa necesaria.
Este problema se resuelve con las características
de las reivindicaciones 1 y 10 independientes. Las
reivindicaciones subordinadas contienen ejecuciones y
perfeccionamientos ventajosos de la invención. Aplicaciones
ventajosas del procedimiento según la invención y/o usos del
dispositivo según la invención vienen dados por el prensado
isostático en caliente o por el enfriamiento brusco con gas a alta
presión.
La invención se basa en que se sustituye el hasta
ahora único recipiente de compensación intermedio por dos o más
recipientes de compensación intermedios cuyas presiones de
funcionamiento están escalonadas a manera de cascada. Los distintos
recipientes de compensación intermedios pueden adaptarse aquí tanto
en sus volúmenes como en la forma de construcción a las condiciones
de aplicación concretas.
Con el término de "recipientes de compensación
intermedios" se abarcan también en el ámbito de la invención los
recipientes tampón.
En la invención se utilizan varios recipientes de
presión con presión de funcionamiento escalonado en forma de
cascada de tal manera que en un proceso de llenado se alcance la
presión final en el consumidor por medio de procesos de llenado
parcial coordinados en el tiempo, controlados por la presión actual
en el consumidor. En procesos de vaciado se procede de manera
correspondiente.
Según la invención, se realiza un proceso de
llenado general haciendo que - como se representa en la figura - se
llene primero el consumidor desde el primer recipiente (el
recipiente 1 tiene la más baja presión de funcionamiento y el
recipiente 5 en la figura tiene la más alta presión de
funcionamiento) hasta un primer escalón de presión ajustado que es
medido por un sensor. El sensor cierra el primer recipiente y abre
un segundo recipiente, nuevamente hasta una presión determinada. Se
cierra luego también este segundo recipiente y se abre el
recipiente siguiente. Esta secuencia se continúa hasta alcanzar la
presión de trabajo deseada.
En el vaciado se desarrolla el manejo en
secuencia inversa. En primer lugar, se expansiona el gas hacia el
recipiente con la presión real más baja siguiente (por ejemplo,
hacia el recipiente 4 después del recipiente 5) y luego en la
secuencia inversa descrita. Después de la expansión hacia el primer
recipiente (recipiente 1) se puede desechar el gas residual en el
consumidor (por ejemplo, expansionándolo hacia la atmósfera). El
gas residual puede ser conducido también a través de una etapa de
depuración y filtrado o puede ser alimentado a otro lugar de
utilización, por ejemplo un sitio de combustión en una instalación
de calefacción.
Antes de un nuevo proceso de llenado y vaciado se
llevan nuevamente los recipientes de compensación intermedios a su
presión de partida desde el recipiente acumulador (depósito),
eventualmente a través de una instalación de elevación de la
presión. La cantidad de gas necesaria en este caso para el llenado
está netamente por debajo de la cantidad de gas que ha de
alimentarse en el estado de la técnica. Según la tecnología y la
ejecución constructiva, se puede ahorrar hasta un 90% de gas y
hasta un 95% de energía de compresión.
La fuerza física para el transporte del gas se
obtiene ventajosamente de la diferencia de magnitudes de estado del
medio. Preferiblemente, la fuerza física para el transporte del gas
resulta de una presión diferente y/o de una temperatura de
funcionamiento diferente entre los recipientes (también entre el
consumidor y el recipiente de compensación inter-
medio).
medio).
Según la invención, pueden estar previstos medios
para transferir la energía de presión existente en un gas a los
recipientes de compensación intermedios sin mezclado de este gas
con el gas contenido en los recipientes de compensación
intermedios. Por ejemplo, para el caso de aplicación en el que el
gas utilizado no pueda emplearse de nuevo para el proceso, se puede
aprovechar la invención de tal manera que la presión del gas ya
utilizado se emplee a través de medios para (pre)comprimir
un recipiente de compensación intermedio de un (adecuado) escalón
de presión (por ejemplo, por medio de un dispositivo
correspondiente). Ejemplos de estos medios son un balón dispuesto
en el recipiente o una multiplicación de pistón adecuada
(multiplicación neumática).
Es especialmente ventajoso optimizar bajo control
de ordenador tanto el llenado como el vaciado.
Los recipientes de compensación intermedios en el
ámbito de la invención pueden ser también haces de botellas
conjuntamente entubadas. El depósito de almacenamiento de líquido
(recipiente acumulador) se diseña eventualmente para una presión
más alta, por ejemplo 36 bares.
A continuación se explicará la invención con
ayuda de dos ejemplos:
El ejemplo 1 concierne al procedimiento HIP. La
única figura muestra esquemáticamente la estructura de un ejemplo
de ejecución de esta clase. Las presiones de funcionamiento de los
distintos recipientes de compensación intermedios (recipientes
tampón) (secciones) son:
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Primera cascada (sección 1) \+ 10-50 bares\cr
Segunda cascada (sección 2) \+ 10-100 bares\cr
Tercera cascada (sección 3) \+ 10-200 bares\cr
Cuarta cascada (sección 4) \+ 10-200 bares\cr
Quinta cascada (sección 5) \+ 10-300
bares\cr}
En lo que sigue, se explica el funcionamiento con
más detalle:
Al llenar la instalación para el prensado
isostático en caliente (instalación HIP) se toma primero gas de la
primera cascada. Mediante vigilancia de la presión diferencial se
reconoce el momento en que tiene que tomarse gas de las demás
cascadas. La diferencia de presión puede elegirse aquí
libremente.
Mediante esta clase de llenado se impulsa sin
energía externa, para el mismo volumen de compensación intermedio
(tamaño tampón) y para las mismas condiciones de presión, más gas
hacia la instalación HIP que en el procedimiento usual hasta ahora.
Por tanto, en la mayoría de los casos no es necesario seguir
transportando gas a través del convertidor de presión, pero esto
puede hacerse muy bien cuando la instalación HIP presente
fugas.
Después del tiempo de retención, al vaciar la
instalación HIP aprovechando el gradiente de temperatura entre
dicha instalación HIP y los recipientes se llena primero la primera
cascada 5 hasta la presión máxima de la cascada. A continuación, se
llenan las demás cascadas hasta la presión máxima o hasta la
compensación de la presión. Mediante esta clase de llenado de las
cascadas se pueden llenar las cascadas siempre a través de la
instalación HIP y no tienen que llenarse a través de un convertidor
de presión. La cantidad de pérdida de gas se carga en la primera
cascada desde el depósito de líquido (por ejemplo, con 36 bares)
mediante compensación de la presión. Por tanto, en la mayoría de
los casos no es necesario bombear gas hacia las cascadas mediante
el aumento de presión después del primer llenado de dichas
cascadas.
Ejemplo 2 (no representado)
En una instalación de tratamiento térmico se
enfría bruscamente el acero en una instalación de gas a alta
presión, una llamada cámara fría, en lugar de hacerlo en el baño de
aceite generalmente usual. En correspondencia con el estado de la
técnica, se transporta la carga (la pieza de trabajo) desde el
horno con la temperatura de recocido hasta la cámara fría, se
cierra la cámara fría y se lleva ésta a una presión de 20 bares con
gas, en este caso con hidrógeno (son imaginables también otros
gases, como He, N_{2}, CO_{2}, etc. o sus mezclas). Según el
estado de la técnica, la instalación se ha puesto a presión hasta
ahora desde un único recipiente de compensación intermedio con una
diferencia de presión correspondiente y se ha expansionado hacia un
segundo recipiente de compensación intermedio para su
reaprovechamiento. El gas en el recipiente de compensación
intermedio es impulsado hacia el primer recipiente de compensación
intermedio por medio de un compresor con miras a su
reaprovechamiento. Tiene que desecharse la cantidad residual en la
cámara fría.
Según la invención, se sustituye el recipiente de
compensación intermedio del lado de llenado por, por ejemplo, dos
recipientes de compensación intermedios, por ejemplo el primero con
una presión de funcionamiento de hasta 20 bares y el segundo con
una presión de funcionamiento de hasta 35 bares. La puesta de la
cámara fría a la presión de funcionamiento se efectúa ahora en dos
etapas, primero desde el primer recipiente de compensación
intermedio y a continuación - bajo control de sensor y ordenador -
desde el segundo recipiente de compensación intermedio. Dado que
aquí, a diferencia del ejemplo 1, falta la diferencia de
temperatura entre el consumidor y el recipiente, el vaciado es
posible solamente, en un paso parcial, hacia el primer recipiente
de compensación intermedio. Se suprime el recipiente de
compensación intermedio utilizado hasta ahora para la expansión.
Las pérdidas de gas y, por tanto, las pérdidas de presión tienen
que compensarse en este caso desde el recipiente acumulador
(depósito de alta presión) hacia el segundo recipiente de
compensación intermedio.
En el caso de gases especialmente valiosos, como,
por ejemplo, helio, ha dado también buenos resultados -
independientemente del resto del desarrollo del proceso - el
bombear gas del primer recipiente de compensación intermedio al
segundo recipiente de compensación intermedio a través de un
compresor en funcionamiento constante. Esta forma de proceder
requiere ciertamente, además, energía de accionamiento para el
compresor, pero ahorra gas. En función del precio del compresor y
de la corriente eléctrica, esto puede ser un complemento muy
valioso del proceso total para gases caros.
Claims (16)
1. Procedimiento para el suministro y la
recuperación de gas utilizando un medio gaseoso que se almacena
bajo presión en al menos un recipiente de compensación intermedio y
que se conduce desde el recipiente de compensación intermedio,
eventualmente a través de un convertidor de presión, hasta un
consumidor (suministro) y desde el consumidor, eventualmente a
través de un convertidor de presión, hasta el recipiente de
compensación intermedio o hasta un recipiente de compensación
intermedio adicional (recuperación), caracterizado porque se
utilizan como recipientes de compensación intermedios varios
recipientes de presión con presión diferente dispuestos en forma de
cascada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la fuerza física para el transporte del
gas resulta de una presión diferente y/o de una temperatura
diferente entre los recipientes.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y
2, caracterizado porque los recipientes de presión de la
cascada presentan un tamaño diferente.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque se utiliza
como gas un gas inerte o una mezcla de gases inertes, especialmente
argón, helio y/o nitrógeno, y/o un gas reactivo o una mezcla de
gases reactivos, especialmente hidrógeno y/o dióxido de carbono.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los recipientes
de compensación intermedios se llenan desde al menos un recipiente
acumulador, al menos en el primer llenado de los mismos,
almacenándose preferiblemente el gas en el recipiente acumulador en
estado licuado.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el recipiente acumulador se diseña para
una presión de acumulación de hasta 50 bares, preferiblemente hasta
40 bares.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se pueden
añadir discrecionalmente instalaciones de aumento de la presión a
través de las cuales los recipientes de presión de la cascada están
unidos uno con otro.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se transfiere
energía de presión existente en un gas a los recipientes de
compensación intermedios sin mezclado de este gas con el gas
contenido en los recipientes de compensación intermedios.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque se vigila,
controla y/u optimiza el procedimiento por medio de ordenador.
10. Dispositivo para el suministro y la
recuperación de gas utilizando un medio gaseoso, que comprende al
menos un recipiente de compensación intermedio para almacenar el
medio bajo presión y una o varias uniones desde el al menos un
recipiente de compensación intermedio, eventualmente a través de un
convertidor de presión, hasta un consumidor (suministro) y desde el
consumidor, eventualmente a través de un convertidor de presión,
hasta el recipiente de compensación intermedio o hasta un
recipiente de compensación intermedio adicional (recuperación),
caracterizado porque como recipientes de compensación
intermedios están previstos en cascada varios recipientes de
presión con presión diferente.
11. Dispositivo según la reivindicación 10,
caracterizado porque los recipientes de presión de la
cascada presentan un tamaño diferente.
12. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11,
caracterizado porque está previsto al menos un recipiente
acumulador para llenar los recipientes de compensación intermedios,
al menos en el primer llenado de los mismos, cuyo recipiente
acumulador está construido preferiblemente para acumular gas en
estado licuado.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones
10 a 12, caracterizado porque están previstos medios para
transferir la energía de presión existente en un gas a los
recipientes de compensación intermedios sin mezclado de este gas
con el gas contenido en los recipientes de compensación
intermedios.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones
10 a 13, caracterizado porque los recipientes de presión de
la cascada están unidos uno con otro a través de instalaciones de
aumento de la presión que pueden añadirse discrecionalmente.
15. Aplicación del procedimiento y/o uso del
dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes en
relación con el prensado isostático en caliente.
16. Aplicación del procedimiento y/o uso del
dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes en
relación con el enfriamiento brusco con gas a alta presión.
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