WO2014094994A1 - Kühlwasseraustrittssystem - Google Patents

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WO2014094994A1
WO2014094994A1 PCT/EP2013/003705 EP2013003705W WO2014094994A1 WO 2014094994 A1 WO2014094994 A1 WO 2014094994A1 EP 2013003705 W EP2013003705 W EP 2013003705W WO 2014094994 A1 WO2014094994 A1 WO 2014094994A1
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WO
WIPO (PCT)
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cooling water
chamber
outlet chamber
outlet
water outlet
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Ceased
Application number
PCT/EP2013/003705
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Keil
Joachim Johanning
Klaus Heinrich
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ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28B—STEAM OR VAPOUR CONDENSERS
    • F28B9/00—Auxiliary systems, arrangements, or devices
    • F28B9/04—Auxiliary systems, arrangements, or devices for feeding, collecting, and storing cooling water or other cooling liquid
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H5/00—Buildings or groups of buildings for industrial or agricultural purposes
    • E04H5/10—Buildings forming part of cooling plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/18—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for removing contaminants, e.g. for degassing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F25/00—Component parts of trickle coolers
    • F28F25/02—Component parts of trickle coolers for distributing, circulating, and accumulating liquid

Definitions

  • the present invention relates to a cooling water outlet system for ensuring the back pressure of the heated cooling water from a heat exchanger system on the return flow to a water reservoir, as used in industrial systems in a cooling water system, wherein a heat exchanger system comprises at least one heat exchanger.
  • the cooling water is normally conveyed by pump to the heat exchanger system. Part of the cooling water requirement is covered by a nearby suitable water reservoir, for example seawater.
  • the cooling water is heated by means of the medium flowing through the heat exchanger, and the heated cooling water is returned to the water reservoir.
  • the heat exchanger system would not get fresh cooling water and then idle without a leveling system. This leads to damage to the heat exchanger system by the residual heat in the process.
  • the outflow box is a chamber, which is usually but not necessarily designed as a concrete structure, which is separated in the middle by a weir wall into an inlet and outlet chamber. The upper edge of this weir wall is higher than the highest heat exchanger in the system.
  • the cooling water enters through an opening of the inlet chamber, rises and then falls through the weir into the outlet chamber.
  • the outlet chamber is connected via a pipeline with the water reservoir z. B. sea connected. The heated cooling water flows through this pipeline and is reintroduced into the sea.
  • a diffuser At the end of the pipe is still a diffuser. This is designed as a T-piece, but the two outlet openings are smaller than the diameter of the pipe at the inlet to the diffuser. This ensures that the heated cooling water enters the sea at a greater speed and so a mixing zone of cold water of the environment and heated cooling water is increased. This is a requirement of local regulatory authorities for environmental reasons.
  • the invention is therefore based on the problem to remedy the above-explained problem to create a cooling water outlet system, on the one hand to reduce the air entry into the cooling water outlet system, on the other hand, already entrained air back from the device to remove before the cooling water back is directed into the water reservoir.
  • the cooling water outlet system is to ensure that the heat exchanger system does not run empty during a pump failure.
  • a cooling water outlet system to ensure the back pressure of the heated cooling water from a heat exchanger system on the reflux to a water reservoir, comprising
  • a closed box comprising an inlet and an outlet chamber (2, 6),
  • inlet chamber (2) • In the inlet chamber (2) is provided an inlet opening (1) for admitting the heated cooling water, and
  • the overflow channel (3) extends vertically along the weir wall (4), immersed at the top with a 90 ° arc in the inlet chamber (2), and extends down to the bottom of the outlet chamber (6).
  • the cooling water outlet system is designed so that the weir wall (4) is at least 20 cm higher than the highest point of the highest heat exchanger.
  • the cross section of the overflow channel (3) is up to about 50 cm.
  • the width of the overflow channel (3) can go up to the maximum width of the weir wall (4).
  • the overflow channel (3) must run at least 1 m in the outlet chamber (6) under water, thereby the process is avoided that form on the water surface vortexes, and is sucked by vortex air into the water.
  • the shape of the overflow channel (3) can be designed differently.
  • One possible embodiment is that the overflow channel (3) through the Wehrwand (4) and a parallel to the weir wall (4) arranged overflow wall (12) in the outlet chamber (6) is formed.
  • the air in the water brings only the part of the water that was in contact with air. This means that only the surface of the cooling water falling over the weir wall (4) entrains air, and the below-surface cooling water without air entry along the overflow channel (3) between the weir wall (4) and the overflow wall (12) into the outlet chamber (3). 6) drains off. Therefore, the overflow wall (12) parallel to the weir wall (4) is arranged so that the gap between the two walls is smaller than the Wasserüberfall beat (also called Nappe).
  • the Nappe can be controlled, for example, by a device for controlling the overflow channel by narrowing the overflow channel (3) to a desired height.
  • overflow channel (3) is formed as 2 to 20 siphon tubes (3), each having a diameter of about 50 cm.
  • the overflow channel (3) can also be formed by a single flat lifting tube (3).
  • the overflow channel (3) can be formed by a recess (3) in the weir wall.
  • the discharge chamber (5) is connected to the discharge pipe (8) and, upwards, the discharge chamber (5) is covered with a roof. Only on both sides of the outlet chamber (5) are inlet openings (7) provided, and these lateral inlet openings (7) are dimensioned so that a diver can pass for inspection purposes. In addition, the cooling water falling over the weir (4) can pass through these inlet openings (7) into the outlet chamber (5) and drain into the outlet pipe (8) to the diffuser.
  • the outlet chamber (5) is arranged at the bottom in the outlet chamber (6) so that the outlet chamber (5) is always below the sea level and the return flow of the heated cooling water is ensured. Due to this, the discharge chamber (5) is always filled with water. This is also advantageous for the overflow channel (3) ending in the outlet chamber (5), because cooling water which has reached the outlet chamber (5) in this way does not bring air into the cooling water outlet system.
  • the interior of the outlet chamber (5) forms a space in which air and water can separate.
  • Air introduced into the outlet pipe (8) travels back to the outlet chamber (5) counter to the direction of flow at the top of the pipe cross-section. Without a device for removing the air, an air cushion would form in the upper part of the outlet chamber (5). Once the air cushion had reached a sufficient size, it would be entrained by the flow in the failure tube (8). One part would be discharged via the diffuser and the remainder would again travel counter to the flow direction to the outlet chamber (5), which would repeat the process periodically.
  • the cooling water outlet system comprises means for degassing the air contained in the cooling water.
  • This can be advantageously designed by internals (10) in the outlet chamber (6) for degassing the air contained in the cooling water, wherein the internals (10) within the outlet chamber (5) can be arranged, or outside of the outlet chamber (5) laterally in the outlet chamber (6) are mounted over several floors.
  • the degassing of the air contained in the cooling water can also be accomplished by means of a venting tube in the outlet chamber (6), the venting tube (10) thus is arranged, that it dissipates the air contained in the cooling water, before the cooling water is passed through the failure tube (8) back into the water reservoir.
  • the vent tube (10) should be mounted on the roof of the outlet chamber (5), whereby the air collected in the outlet chamber (5) can be controlled and continuously released, shocks of the entire construction by pulsating flow are avoided.
  • up to 10 ventilation pipes can be installed.
  • the measures according to the invention have succeeded in significantly reducing the air intake. Significantly less air escapes from the diffuser head and no formation of geysers occurs.
  • the water level in the outlet pipe (8) is significantly higher and the level in the outlet chamber (5) drops, because the total pressure loss of the outlet system decreases with decreasing volume fraction of entrained air.
  • the flow forces acting on the diffuser head are greatly reduced, so that the diffuser can not be tilted back to the side.
  • a ramp (11) at the bottom of the outlet chamber (6) directly to the weir wall (4) for supporting the weir wall (4) is arranged.
  • the overflow channel (4) can end in the outlet chamber (5) immediately before the ramp (11) or with a pipe bend along the ramp (11) in the failure tube (8).
  • a device for controlling the overflow channel (3) is provided, with which the flow of cooling water through the overflow channel (3) can be controlled.
  • the flow of cooling water, z. B. a part or the whole overflow channel (3) by means of a locking device out of service or put back into operation.
  • the device for controlling the flow of cooling water can be provided with a float, which automatically regulates the flow of cooling water via the water level in the inlet chamber (2).
  • a concrete construct (9) is provided, with which the amount of water in the inlet chamber (2) is reduced and the stability of the cooling water outlet system is increased.
  • a suitable fluid brake or throttle z. B. to install a turbine with which the kinetic energy of the cooling water can be converted into electrical energy.
  • Fig. 1 illustrates a cooling water outlet system.
  • Fig. 2 shows a variant of the outlet channel (3).
  • the cooling water outlet system shown in Fig. 1 is created for a large plant for the production of ammonia with a daily production of about 2000 1. About 45000 m 3 / h of seawater as cooling water flow through the cooling water outlet system.
  • the closed box or the walls of the cooling water outlet system are made of concrete.
  • the cooling water outlet system has in each case one through a Wehrwand (4) separate inlet chamber (2) and outlet chamber (6). From the heat exchanger system, the heated cooling water flows via the inlet opening (1) in the inlet chamber (2), rises and passes through the 5 siphon pipes (3) and the weir wall (4) in the outlet chamber (5).
  • a concrete construct (9) is provided below, with which the amount of water in the inlet chamber (2) is reduced and the stability of the cooling water outlet system is increased.
  • a vent pipe (10) is arranged vertically, wherein the vent pipe (10) here higher than the weir wall (4) and is led out like a fireplace from the closed box.
  • the vent pipe (10) can also be led out laterally from the cooling water outlet system, without it had to be higher than the weir wall (4).
  • the air contained in the cooling water is thereby continuously degassed before the cooling water flows through the failure tube (8) into the sea.
  • an overflow channel (3) is shown, wherein it is formed by the weir wall (4) and a space parallel to the weir wall (4) attached overflow wall (12) in the outlet chamber (6).
  • the gap between the weir wall (4) and the overflow wall (12) is adjusted so that a film of water passes over the overflow wall (12) and 75% of the cooling water is always submerged, flowing through the gap into the outlet chamber (5).
  • the flow of the cooling water through the gap can be accomplished via the above-mentioned control device by changing the height of the Nappe.
  • the system requires no additional pump to convey the heated cooling water back to the source of the cooling water. In the case of a pump failure, sufficient cooling water remains in the heat exchanger system due to the inventive cooling water outlet system.
  • the cooling water outlet system ensures a safe and long-lasting operation of the system by low air intake and the degassing. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlwasseraustrittssystem zur Gewährleistung des Gegendrucks des erwärmten Kühlwassers aus einem Wärmetauschersystem auf dem Rückfluss zu einem Wasserreservoir, aufweisend • eine geschlossene Box, die eine Einlauf- und eine Auslaufkammer (2, 6) umfasst, • wobei die Einlauf- und Auslaufkammer (6) durch eine Wehrwand (4) getrennt sind, und • in der Einlaufkammer (2) eine Eintrittsöffnung (1) zum Einlassen des erwärmten Kühlwassers vorgesehen ist, und • unten in der Auslaufkammer (6) eine Auslasskammer (5) vorgesehen ist, • wobei das erwärmte Kühlwasser aus dem Wärmetauschersystem über die Eintrittsöffnung (1) in die Einlaufkammer (2) strömt, aufsteigt und dann über die Wehrwand (4) in die Auslaufkammer (6) fällt, und • anschließend über ein mit der Auslasskammer (5) verbundenes Ausfallrohr (8) in ein Wasserreservoir zurück geleitet wird, • ein Überlaufkanal (3) vorgesehen ist, • wobei der größte Teil des erwärmten Kühlwassers über die Wehrwand (4) entlang dem Überlaufkanal (3) in die Auslasskammer (5) gelangt, und • der Überlaufkanal (3) vertikal entlang der Wehrwand (4) verläuft, oben mit einem 90° Bogen in die Einlaufkammer (2) eintaucht, und sich unten bis zum Boden der Auslasskammer (5) erstreckt.

Description

Kühlwasseraustrittssystem
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kühlwasseraustrittssystem zur Gewährleistung des Gegendrucks des erwärmten Kühlwassers aus einem Wärmetauschersystem auf dem Rückfluss zu einem Wasserreservoir, wie es bei industriellen Anlagen in einem Kühlwassersystem Einsatz findet, wobei ein Wärmetauschersystem mindestens einen Wärmetauscher um- fasst.
[0002] Aufgrund der unterschiedlichen Aufstellungshöhe des Wärmetauschersystems in einer Anlage wird das Kühlwasser normalerweise mittels Pumpe zum Wärmetauschersystem gefördert. Ein Teil des Kühlwasserbedarfs wird aus einem naheliegenden geeigneten Wasserreservoir beispielsweise Seewasser gedeckt. Das Kühlwasser wird mittels des durch die Wärmetauscher durchströmenden Mediums erwärmt, und das erwärmte Kühlwasser wird wieder zurück in das Wasserreservoir geleitet. Bei einem Pumpenausfall würde das Wärmetauschersystem kein frisches Kühlwasser bekommen und ohne ein System zur Niveauhaltung anschließend leerlaufen. Dies führt zur Beschädigung des Wärmetauschersystems durch die Restwärme im Prozess.
[0003] Um dies zu vermeiden, wurde eine sogenannte Ausfluss Box errichtet, die das erwärmte Kühlwasser aus den Wärmetauschern aufstaut, damit die Wärmetauscher im Fall des Pumpenausfalls nicht leerlaufen. Bei der Ausfluss Box handelt es sich um eine üblicherweise aber nicht notwendigerweise als Betonkonstruktion ausgeführte Kammer, die in der Mitte durch eine Wehrwand in eine Einlauf- und Auslaufkammer getrennt wird. Die obere Kante dieser Wehrwand liegt höher als der höchstgelegene Wärmetauscher in der Anlage. Das Kühlwasser tritt durch eine Öffnung der Einlaufkammer ein, steigt auf und fällt dann über das Wehr in die Auslaufkammer. Die Auslaufkammer ist über eine Rohrleitung mit dem Wasserreservoir z. B. Meer verbunden. Das erwärmte Kühlwasser strömt so durch diese Rohrleitung und wird wieder in das Meer eingeleitet.
[0004] Am Ende der Rohrleitung befindet sich noch ein Diffusor. Dieser ist wie ein T-Stück ausgebildet, wobei die beiden Austrittsöffnungen aber kleiner als der Durchmesser der Rohrleitung am Eintritt in den Diffusor sind. Hierdurch wird erreicht, dass das erwärmte Kühlwasser mit einer größeren Geschwindigkeit in das Meer eintritt und so eine Mischzone von kaltem Wasser der Umgebung und erwärmten Kühlwasser vergrößert wird. Dies ist eine Forderung der lokalen Aufsichtsbehörden aus Gründen des Umweltschutzes.
[0005] Die sehr große Wassermenge reißt beim Überfall über das Wehr sehr viel Luft mit. Das erwärmte Kühlwasser, das in das Wasserreservoir zurückgeleitet werden soll, enthält jetzt einen wesentlich größeren Luftanteil. Dies führt zu wesentlich größeren Strömungsgeschwindigkeiten, Druckverlusten und Kräften in der Ausfluss Box, und dies macht sich in den Ausfluss Rohrleitungen und am Diffusorkopf bemerkbar. In der Ausfluss Box kommt es zu einem erupti-
BESTÄTIGUNGSKOPIE onsartigen Entweichen der mitgerissenen Luft, das die gesamte Betonkonstruktion zum Vibrieren bringt. Der Diffusor am Ende der Rohrleitung wird von der Rohrleitung abgehoben und zur Seite gekippt. An der Meeresoberfläche über der Auslassstelle tritt die Luft unter Bildung von pulsierenden Geysiren aus.
[0006] Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, das oben erläuterte Problem zu bereinigen, ein Kühlwasseraustrittssystem zu schaffen, mit dem einerseits den Lufteintrag in das Kühlwasseraustrittssystem zu verringern, andererseits, bereits mitgerissene Luft wieder aus der Vorrichtung zu entfernen, bevor das Kühlwasser zurück in das Wasserreservoir geleitet wird. Außerdem soll das Kühlwasseraustrittssystem gewährleisten, dass das Wärmetauschersystem bei einem Pumpenausfall nicht leerläuft.
[0007] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kühlwasseraustrittssystem zur Gewährleistung des Gegendrucks des erwärmten Kühlwassers aus einem Wärmetauschersystem auf dem Rückfluss zu einem Wasserreservoir, aufweisend
• eine geschlossene Box, die eine Einlauf- und eine Auslaufkammer (2, 6) umfasst,
• wobei die Einlauf- und Auslaufkammer (6) durch eine Wehrwand (4) getrennt sind, und
• in der Einlaufkammer (2) eine Eintrittsöffnung (1) zum Einlassen des erwärmten Kühlwassers vorgesehen ist, und
• wobei das erwärmte Kühlwasser aus dem Wärmetauschersystem über die Eintrittsöffnung (1) in die Einlaufkammer (2) strömt, aufsteigt und dann über die Wehrwand (4) in die Auslaufkammer (6) fällt, und
• anschließend über ein mit der Auslaufkammer (6) verbundenes Ausfallrohr (8) in ein Wasserreservoir zurück geleitet wird,
• wobei ein Überlaufkanal (3) vorgesehen ist, und
• der größte Teil des erwärmten Kühlwassers über die Wehrwand (4) entlang dem Überlaufkanal (3) in die Auslaufkammer (6) gelangt, und
• der Überlaufkanal (3) vertikal entlang der Wehrwand (4) verläuft, oben mit einem 90° Bogen in die Einlaufkammer (2) eintaucht, und sich unten bis zum Boden der Auslaufkammer (6) erstreckt.
[0008] Damit das Wärmetauschersystem bei einem Pumpenausfall nicht leerläuft, ist das Kühlwasseraustrittssystem so ausgelegt, dass die Wehrwand (4) mindestens 20 cm höher als der höchste Punkt des höchstgelegenen Wärmetauschers ist.
[0009] Über den erfindungsgemäßen Überlaufkanal (3) gelangt jetzt der größte Teil des Kühlwassers aus der Einlaufkammer (2) aufgrund der geodätischen Höhe direkt in die Auslaufkammer (6), und in das Ausfallrohr (8). Dadurch wird für diesen Teil der Kühlwassermenge ver- hindert, dass das Kühlwasser vom Boden der Auslaufkammer (6) abprallt, Wirbel bildet und Luft einschließt.
[0010] Um zu gewährleisten, dass das meiste Kühlwasser über den Überlaufkanal (3) ohne Lufteintrag durch das Kühlwasseraustrittssystem ins Wasserreservoir gelangt, beträgt der Querschnitt des Überlaufkanals (3) bis zu ca. 50 cm. Die Breite des Überlaufkanals (3) kann bis zur maximalen Breite der Wehrwand (4) gehen.
[0011] Der Überlaufkanal (3) muss mindestens 1 m in der Auslaufkammer (6) unter Wasser verlaufen, dadurch wird der Vorgang vermieden, dass sich an der Wasseroberfläche Strudel bilden, und durch Strudel Luft mit ins Wasser eingesaugt wird.
[0012] Ca. 75% des erwärmten Kühlwassers gelangen über den Überlaufkanal (3) ohne Lufteintrag in die Auslaufkammer (6).
[0013] Die Form des Überlaufkanals (3) kann unterschiedlich gestaltet werden. Eine Ausgestaltungsmöglichkeit ist, dass der Überlaufkanal (3) durch die Wehrwand (4) und eine parallel zur Wehrwand (4) angeordnete Überlaufwand (12) in der Auslaufkammer (6) ausgebildet ist.
[0014] Den Lufteintrag im Wasser bringt nur der Teil des Wassers mit, das mit Luft im Kontakt war. Das bedeutet, dass nur die Oberfläche des über die Wehrwand (4) fallenden Kühlwassers Luft mitreißt, und das unterhalb der Oberfläche strömende Kühlwasser ohne Lufteintrag entlang des Überlaufkanals (3) zwischen der Wehrwand (4) und der Überlaufwand (12) in die Auslaufkammer (6) abfließt. Daher ist die Überlaufwand (12) parallel zur Wehrwand (4) so angeordnet, dass der Spalt zwischen den beiden Wänden kleiner als die Wasserüberfallhöhe (auch Nappe genannt) ist. Die Nappe kann beispielsweise über eine Einrichtung zum Regeln des Überlaufkanals durch Verengung des Überlaufkanals (3) auf eine gewünschte Höhe geregelt werden.
[0015] Eine andere vorteilhafte Variante ist, den Überlaufkanal (3) als 2 bis 20 Heberrohre (3) mit jeweils einem Durchmesser von ca. 50 cm auszubilden.
[0016] Vorzugsweise kann der Überlaufkanal (3) auch durch ein einziges flaches Heberrohr (3) ausgebildet werden. Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit ist, dass der Überlaufkanal (3) durch eine Aussparung (3) in der Wehrwand ausgebildet werden kann.
[0017] Damit der größte Teil des erwärmten Kühlwassers über die Wehrwand (4) entlang dem Überlaufkanal (3) in die Auslaufkammer (6) gelangt, taucht der Überlaufkanal (3) unmittelbar unterhalb des oberen Rands der Wehrwand (4) in die Einlaufkammer (2) ein. Nur ein kleiner Restanteil des Kühlwassers fällt über die Wehrwand (4) in die Auslaufkammer (6), wobei ein wenig Luft mit dem Kühlwasser beim Überfall in die Auslaufkammer (6) gelangt. Da der Luftanteil so gering ist und das oben erläuterte Problem nicht mehr auftritt, kann es daher außer Betracht bleiben. [0018] Unten in der Auslaufkammer (6) ist eine Auslasskammer (5) vorgesehen. Die Rückwand wird durch die Wehrwand (4), und die vordere Wand durch eine Wand des Kühlwasseraustrittssystems gebildet. Vorne nahe dem Boden ist die Auslasskammer (5) mit dem Ausfallrohr (8) verbunden und nach oben ist die Auslasskammer (5) mit einem Dach bedeckt. Nur an beiden Seiten der Auslasskammer (5) sind Eintrittsöffnungen (7) vorgesehen, und diese seitlichen Eintrittsöffnungen (7) sind so bemessen, dass ein Taucher zu Inspektionszwecken hindurchgelangen kann. Außerdem kann das über das Wehr (4) fallende Kühlwasser durch diese Eintrittsöffnungen (7) in die Auslasskammer (5) gelangen und in das Ausfallrohr (8) zum Dif- fusor abfließen.
[0019] Die Auslasskammer (5) ist unten in der Auslaufkammer (6) so angeordnet, dass die Auslasskammer (5) stets unter dem Meeresspiegel liegt und der Rückfluss des erwärmten Kühlwassers gewährleistet wird. Aufgrund dessen ist die Auslasskammer (5) stets mit Wasser gefüllt. Dies ist auch für den in der Auslasskammer (5) endenden Überlaufkanal (3) vorteilhaft, denn auf diesem Weg in die Auslasskammer (5) gelangtes Kühlwasser bringt keine Luft in das Kühlwasseraustrittssystem hinein.
[0020] Zum einen gewährleistet die Auslasskammer (5), dass das Wasser, das durch den Überlaufkanal (3) in die Auslasskammer (5) gelangt, direkt in das Ausfallrohr (8) geleitet wird und nicht am Boden abprallt, Wirbel bildet und sich mit dem Wasser, das über das Wehr (4) geströmt ist und Luft mitgerissen hat, vermischt und so die größeren Luftblasen am Aufsteigen hindert.
[0021] Zum anderen bildet das Innere der Auslasskammer (5) einen Raum, in dem sich Luft und Wasser trennen können. In das Ausfallrohr (8) eingetragene Luft wandert entgegen der Strömungsrichtung an der Oberseite des Rohrquerschnitts zurück zur Auslasskammer (5). Ohne eine Vorrichtung zum Abführen der Luft würde sich im oberen Teil der Auslasskammer (5) ein Luftpolster bilden. Sobald das Luftpolster eine hinreichende Größe erreicht hätte, würde es von der Strömung in das Ausfallrohr (8) mitgerissen. Ein Teil würde über den Diffusor ausgetragen und der Rest würde wieder entgegen der Strömungsrichtung zur Auslasskammer (5) wandern, wodurch sich der Vorgang periodisch wiederholen würde.
[0022] Außerdem umfasst das Kühlwasseraustrittssystem eine Einrichtung zum Entgasen der im Kühlwasser enthaltenen Luft. Dies kann vorteilhaft durch Einbauten (10) in der Auslaufkammer (6) zum Entgasen der in dem Kühlwasser enthaltenen Luft gestaltet werden, wobei die Einbauten (10) innerhalb der Auslasskammer (5) angeordnet werden können, oder außerhalb der Auslasskammer (5) seitlich in der Auslaufkammer (6) über mehrere Böden angebracht werden.
[0023] Das Entgasen der im Kühlwasser enthaltenen Luft kann auch mittels eines Entlüf- tungsrohrs in der Auslaufkammer (6) bewerkstelligt werden, wobei das Entlüftungsrohr (10) so angeordnet ist, dass es die im Kühlwasser enthaltene Luft abführt, bevor das Kühlwasser durch das Ausfallrohr (8) zurück in das Wasserreservoir geleitet wird.
[0024] Vorzugsweise sollte das Entlüftungsrohr (10) auf dem Dach der Auslasskammer (5) angebracht werden, wodurch die in der Auslasskammer (5) gesammelte Luft kontrolliert und kontinuierlich entweichen kann, Erschütterungen der gesamten Konstruktion durch pulsierende Strömung werden vermieden. Natürlich können auch je nach dem Bedarf bis zu 10 Entlüftungs- rohre angebracht werden.
[0025] Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es gelungen, den Lufteintrag signifikant zu verringern. Am Diffusorkopf tritt deutlich weniger Luft aus, es kommt nicht mehr zur Bildung von Geysiren. Der Wasserfüllstand im Ausfallrohr (8) ist deutlich höher und der Füllstand in der Auslasskammer (5) sinkt ab, weil der Gesamtdruckverlust des Auslaufsystems mit geringer werdendem Volumenanteil an mitgerissener Luft sinkt. Die Strömungskräfte, die an dem Diffusorkopf angreifen, werden stark verringert, so dass der Diffusor nicht wieder zur Seite gekippt werden kann.
[0026] Außerdem ist eine Rampe (11) unten in der Auslaufkammer (6) direkt an der Wehrwand (4) zum Stützen der Wehrwand (4) angeordnet.
[0027] Der Überlaufkanal (4) kann in der Auslasskammer (5) unmittelbar vor der Rampe (11) oder mit einer Rohrkrümmung entlang der Rampe (11) in das Ausfallrohr (8) enden.
[0028] Eine Einrichtung zum Regeln des Überlaufkanals (3) ist vorgesehen, mit der der Durchfluss des Kühlwassers durch den Überlaufkanal (3) gesteuert werden kann. Abhängig von dem Einlaufstrom des Kühlwassers kann über die Einrichtung der Durchfluss des Kühlwassers entsprechend angepasst werden, z. B. ein Teil oder der ganze Überlaufkanal (3) mittels einer Sperrvorrichtung außer Betrieb gesetzt oder wieder in Betrieb genommen werden. Darüber hinaus kann die Einrichtung zum Regeln des Durchflusses des Kühlwassers mit einem Schwimmer versehen werden, der über den Wasserstand in der Einlaufkammer (2) den Durchfluss des Kühlwassers automatisch regelt.
[0029] Unten in der Einlaufkammer (2) ist ein Betonkonstrukt (9) vorgesehen, mit dem die Wassermenge in der Einlaufkammer (2) verringert und die Standfestigkeit des Kühlwasseraustrittssystems erhöht wird.
[0030] Aufgrund der durch das Kühlwasseraustrittssystem strömenden großen Kühlwassermenge kann es vorteilhaft sein, unten in der Auslasskammer (5) eine geeignete Wirbelbremse bzw. Drossel z. B. eine Turbine anzubringen, mit der die kinetische Energie des Kühlwassers in elektrischer Energie umgewandelt werden kann.
[0031] Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
[0032] Fig. 1 stellt ein Kühlwasseraustrittssystem dar. [0033] Fig. 2 stellt eine Ausführungsvariante des Auslaufkanals (3) dar.
[0034] Das in Fig. 1 gezeigte Kühlwasseraustrittssystem ist für eine große Anlage zur Herstellung von Ammoniak mit einer Tagesproduktion von ca. 2000 1 angelegt. Rund 45000 m3/h Meerwasser als Kühlwasser durchströmen das Kühlwasseraustrittssystem.
[0035] Im Hinblick auf die Kühlwassermenge werden die geschlossene Box bzw. die Wände des Kühlwasseraustrittssystems aus Beton hergestellt. Das Kühlwasseraustrittssystem weist jeweils eine durch eine Wehrwand (4) getrennte Einlaufkammer (2) und Auslaufkammer (6) auf. Aus dem Wärmetauschersystem strömt das erwärmte Kühlwasser über die Eintrittsöffnung (1) in die Einlaufkammer (2), steigt auf und gelangt über die 5 Heberrohre (3) und die Wehrwand (4) in die Auslasskammer (5). In der Einlaufkammer (2) ist unten ein Betonkonstrukt (9) vorgesehen, mit dem die Wassermenge in der Einlaufkammer (2) verringert und die Standfestigkeit des Kühlwasseraustrittssystems erhöht wird.
[0036] Etwa 3/4 der gesamten Menge des Kühlwassers gelangt über die Heberrohre (3) direkt in die Auslasskammer (5), und der Rest des Kühlwassers fällt über die Wehrwand (4), landet zunächst in der Auslaufkammer (6) und strömt anschließend durch die seitlichen Eintrittsöffnungen (7) der Auslasskammer (5) in die Auslasskammer (5). Oben auf dem Dach der Auslasskammer (5) ist ein Entlüftungsrohr (10) vertikal angeordnet, wobei das Entlüftungsrohr (10) hier höher als die Wehrwand (4) und wie ein Kamin aus der geschlossenen Box herausgeführt wird. Das Entlüftungsrohr (10) kann auch seitlich aus dem Kühlwasseraustrittssystem herausgeführt werden, ohne dass es höher als die Wehrwand (4) sein musste. Die im Kühlwasser enthaltene Luft wird dadurch kontinuierlich entgast, bevor das Kühlwasser über das Ausfallrohr (8) ins Meer abfließt.
[0037] In Fig. 2 ist ein Überlaufkanal (3) dargestellt, wobei er durch die Wehrwand (4) und eine parallel zur Wehrwand (4) angebrachte Überlaufwand (12) in der Auslaufkammer (6) an- gegrenzter Raum ausgebildet ist. Der Spalt zwischen der Wehrwand (4) und der Überlaufwand (12) ist so eingestellt, dass ein Wasserfilm über die Überlaufwand (12) verläuft, und 75% des Kühlwassers immer untergetaucht, durch den Spalt in die Auslasskammer (5) durchfließen. Der Durchfluss des Kühlwassers durch den Spalt kann über die oben erwähnte Regeleinrichtung durch Veränderung der Höhe der Nappe bewerkstelligt werden.
[0038] Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion des Kühlwasseraustrittssystems benötigt das System keine zusätzliche Pumpe, um das erwärmte Kühlwasser zurück zu der Herkunft des Kühlwassers zu befördern. Im Fall eines Pumpenausfalls bleibt durch das erfindungsgemäße Kühlwasseraustrittssystem genügend Kühlwasser in dem Wärmetauschersystem. Außerdem gewährleistet das Kühlwasseraustrittssystem durch geringen Lufteintrag und die Entgasungseinrichtung einen sicheren und langlebigen Betrieb der Anlage. Bezugszeichenliste:
1 Eintrittsöffnung der Einlaufkammer
2 Einlaufkammer
3 Überlaufkanal / Heberrohr / Aussparung
4 Wehrwand / Wehr
5 Auslasskammer
6 Auslaufkammer
7 Seitliche Eintrittsöffnungen bei der Auslasskammer
8 Ausfallrohr
9 Betonkonstrukt
10 Einbauten / Entlüftungsrohr
11 Rampe
12 Überlaufwand

Claims

Patentansprüche
1. Kühlwasseraustrittssystem zur Gewährleistung des Gegendrucks des erwärmten Kühlwassers aus einem Wärmetauschersystem auf dem Rückfluss zu einem Wasserreservoir, aufweisend
• eine geschlossene Box, die eine Einlauf- und eine Auslaufkammer (2, 6) umfasst,
• wobei die Einlauf- und Auslaufkammer (6) durch eine Wehrwand (4) getrennt sind, und
• in der Einlaufkammer (2) eine Eintrittsöffnung (1) zum Einlassen des erwärmten Kühlwassers vorgesehen ist, und
• wobei das erwärmte Kühlwasser aus dem Wärmetauschersystem über die Eintrittsöffnung (1) in die Einlaufkammer (2) strömt, aufsteigt und dann über die Wehrwand (4) in die Auslaufkammer (6) fällt, und
• anschließend über ein mit der Auslaufkammer (6) verbundenes Ausfallrohr (8) in ein Wasserreservoir zurück geleitet wird,
• ein Überlaufkanal (3) vorgesehen ist, und
• wobei der größte Teil des erwärmten Kühlwassers über die Wehrwand (4) entlang dem Überlaufkanal (3) in die Auslaufkammer (6) gelangt, und
• der Überlaufkanal (3) vertikal entlang der Wehrwand (4) verläuft, oben mit einem 90° Bogen in die Einlaufkammer (2) eintaucht, und sich unten bis zum Boden der Auslaufkammer (6) erstreckt.
2. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Überlaufkanals (3) bis zu 50 cm beträgt.
3. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufkanal (3) durch die Wehrwand (4) und eine parallel zur Wehrwand (4) angeordnete Überlaufwand (12) in der Auslaufkammer (6) ausgebildet ist.
4. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufkanal (3) durch 2 bis 20 Heberrohre (3) ausgebildet ist.
5. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufkanal (3) durch ein flaches Heberrohr (3) ausgebildet ist.
6. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufkanal (3) durch eine Aussparung in der Wehrwand (4) ausgebildet ist.
7. Kühlwasseraustrittssystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die der Überlaufkanal (3) unmittelbar unterhalb des oberen Rands der Wehrwand (4) in die Einlaufkammer (2) eintaucht.
8. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass unten in der Auslaufkammer (6) eine Auslasskammer (5) vorgesehen ist.
9. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskammer (5) unten in der Auslaufkammer (6) mit der Wehrwand als Rückwand gebildete Kammer ist, und Eintrittsöffnungen (7) seitlich an der Auslasskammer (5) vorgesehen sind.
10. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasskammer (5) unten in der Auslaufkammer (6) so angeordnet ist, dass die Auslasskammer (5) stets unter dem Meeresspiegel liegt.
11. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Eintrittsöffnungen (7) so bemessen sind, dass ein Taucher hindurchgelangen kann.
12. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Entgasen der in dem Kühlwasser enthaltenen Luft in der Auslaufkammer (6) vorgesehen ist.
13. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich in der Auslaufkammer (6) angeordnete Einbauten zum Entgasen der in dem Kühlwasser enthaltenen Luft vorgesehen sind.
14. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbauten innerhalb der Auslasskammer (5) angeordnet werden können.
15. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Entlüf- tungsrohr (10) in der Auslasskammer (5) zum Entgasen der in dem Kühlwasser enthaltenen Luft vorgesehen ist, wobei ein Ende des Entlüftungsrohres (10) über den Wasserstand in der Auslaufkammer (6) reicht.
16. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass 1 bis 10 Entlüftungsrohre (10) vorgesehen sind.
17. Kühlwasseraustrittssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rampe (11) unten in der Auslaufkammer (6) direkt an der Wehrwand (4) angeordnet ist.
18. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der
Überlaufkanal (3) in der Auslasskammer (5) unmittelbar vor der Rampe (11) endet.
19. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der
Überlaufkanal (3) in der Auslasskammer (5) mit einer Rohrkrümmung entlang der Rampe (11) in das Ausfallrohr (8) endet.
20. Kühlwasseraustrittssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Regeln des Überlaufkanals (3) vorgesehen ist, mit der der Durchfluss des Kühlwassers über den Überlaufkanal (3) gesteuert wird.
21. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Regeln des Durchflusses des Kühlwassers außerdem einen Schwimmer aufweist.
22. Kühlwasseraustrittssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unten in der Einlaufkammer (2) ein Betonkonstrukt (9) vorgesehen ist, mit dem die Wassermenge in der Einlaufkammer (2) verringert und die Standfestigkeit des Kühlwasseraustrittssystems erhöht wird.
23. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ca. 75% des erwärmten Kühlwassers über den Überlaufkanal (3) in die Auslaufkammer (6) gelangen.
24. Kühlwasseraustrittssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Überlaufkanal (3) die Breite der Auslasskammer (5) aufweist.
25. Kühlwasseraustrittssystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unten in der Auslasskammer (5) eine geeignete Turbine vorgesehen ist, mit der die kinetische Energie des Kühlwassers in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
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