DE2105623A1

DE2105623A1 - Verfahren zum Kühlen eines von einem heißen und korrodierenden Gas durchströmten Absperrventils

Info

Publication number: DE2105623A1
Application number: DE19712105623
Authority: DE
Inventors: Hiroshi; Hara Yoshiaki; Iguchi Masaaki; Omori Kazuo Himeji Hyogo Shiraki (Japan)
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1970-05-27
Filing date: 1971-02-06
Publication date: 1971-12-02
Also published as: NL7101566A; CA929758A; GB1344933A; US3710810A; JPS508549B1; FR2092360A5

Description

Dipl.-lng. H. Sai^an^Dr.-lng. R. König

Patentanwälte ■ 4οαα Düsseldorf · Cecilienallee ve ■ Telefon 43Ξ7 3Ξ

Unsere Akte: 26 469 5.Februar 1971

NIPPON STEEL CORPORATION, No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

"Verfahren zum Kühlen eines von einem heißen und korrodierenden Gas durchströmten Absperrventils"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Kühlen eines Absperrventils für korrodierendes Gas hoher Temperatur, das Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxyd, Schwefeltrioxyd, Kohlendioxyd und Ammoniak zusammen mit Wasserdampf enthält, und soll eine Korrosion des Ventils infolge Verdünnung des Gases durch Kondenswasser vermeiden.

Absperrventile für Gase mit Temperatur von beispielsweise über 500⁰C werden in der Regel mit Wasser gekühlt. Solche Absperrventile für ein heißes Gas sind beispielsweise in einer Leitung eingebaut, um ein heißes Reduktionsgas in einen Hochofen einzublasen. Auch befinden sich solche Absperrventile, sogenannte Heißwindschieber, in Heißwindleitungen von Hochöfen. Dabei kann sich Kondenswasser in Form von Wassertropfen beim Absperren des Gasstroms oder im ruhenden Teil des Gasstromes an der Innenwandung des Abschlußventils bilden und korrodierende Gase absorbieren, so daß eine korrodierende Atmosphäre entsteht. Demgemäß werden die Innenwandungen solcher Ab-

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Sperrventile für heiße korrodierende Gase aus teuerem korrosionsbeständigem Werkstoff hergestellt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, die Nachteile bei den bekannten Absperrventilen für heiße korrodierende Gase zu vermeiden. Gemäß der Erfindung wird eine Kühlflüssigkeit in einem Kreislauf in Umlauf gehalten, der aus einer das Absperrventil einschließenden KUhlmittelleitung, einem mit dem Auslaß der Kühlmittelleitung verbundenen Flüssigkeitsbehälter und einem Einlaß zu der Kühlmittelleitung besteht, wobei in den Kühlmittelkreislauf eine geringe Menge frischen Kühlmittels eingespeist wird, um die Temperatur des Kühlmittels zumindest am Auslaß der Kühlmittelleitung etwa auf der Siedetemperatur zu halten. Dadurch kann die Temperatur im Inneren des Ventils oberhalb des Kondensationspunktes des heißen korrodierenden Gases gehalten werden.

Bei der praktischen Anwendung der Erfindung ist es von Bedeutung, daß das Kühlmittel stets zirkuliert. Bei dem großer Hitze ausgesetzten Absperrventil wird eine Verdampfungskühlung verwendet· Um daher die Blasenbildung auf ein Minimum zu begrenzen oder ganz zu vermeiden, muß das Kühlmittel vorher auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden.

Bei der Verdampfungskühlung kann je nach den vorherrschenden Bedingungen für den Kühlmittelumlauf ein zwangsgesteuertes Umlaufsystem oder aber ein selbsttätig wirkendes System verwendet werden. Im allgemeinen ist das selbsttätig wirkende Umlauf system beispielsweise hinsichtlich seiner Installationskosten wirtschaftlicher. Es ist Je-

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doch wünschenswert, ein zwangsgesteuertes Umlaufsystem in solchen Fällen zu verwenden, bei denen die Hitzeeinwirkung auf das Ventil sehr groß ist, die Konstruktion der Kühlmittelleitung kompliziert oder das Anbringen eines Kühlmittelbehälters insbesondere an einer hochgelegenen Stelle im Hinblick auf einen bestimmten Kühlmitteldruck schwierig ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch ein Absperrventil nach der Erfindung mit einer ZwangskUhlung,

Fig. 2 eine andere Ausführung der Erfindung, bei de:r das Kühlmittel selbsttätig durch das Absperrventil strömt.

Das Absperrventil -1 wird von einem heißen Gas durchströmt, das mittels einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird, die zumindest am Kühlmittelauslaß 6 eine nahe ihrem Siedepunkt liegende Temperatur aufweist. In der Praxis liegt der Siedepunkt des Kühlmittels höher als etwa 10O⁰C, während der Kondensationspunkt des Gases unterhalb von 100⁰C liegt.

Der größte Teil des erhitzten Kühlmittels wird mit Hilfe einer Pumpe 2 in Richtung der Pfeile A und B durch die Kühlmittelleitung 5 und einen Flüssigkeitstank 4 getrieben. Die Kühlflüssigkeit wird mithin in Richtung des Pfeils A durch die Pumpe 2 in den Einlaß 5 der Kühlmittelleitung gedrückt, wo sie durch die von der Stirnwand

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ausgehende Hitze etwa auf den Siedepunkt erhitzt wird, während ein Teil des Kühlmittels verdampft. Das Dampf-Wasser-Verhältnis beträgt vorzugsweise 10 bis 50$. Die Dampfblasen enthaltende Kühlflüssigkeit strömt dann durch den Kühlmittelauslaß 6 in den Flüssigkeitstank 4, in dem der Dampf abgetrennt wird.

Wenn sich der Flüssigkeitsspiegel im Flüssigkeitstank 4 durch KühlmittelVerluste absenkt, vergrößert sich der P von einer Zuführleitung 8 unter konstantem Druck, d.h. entsprechend der normalen Höhe der Flüssigkeitsspiegels, zugeführte Flüssigkeitsstrom, so daß der Flüssigkeitsspiegel wieder seine normale Höhe einnimmt. Die Zuflußmenge kann durch eine geringe überfließende Menge an Flüssigkeit am Tank 4 oder auch durch das Regelventil durch den Rückdruck der Flüssigkeitssäule geregelt werden.

Ein Erhitzer 9 wird nur dann gebraucht, wenn ein Vorerhitzen notwendig ist, was z.B. bei Kühlbeginn oder dann der Fall ist, wenn die Temperatur des Gases aufgrund eines mehrstündigen Stillstehens des Gases abgesunken k ist.

Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 strömt eine konstante Menge an Kühlflüssigkeit selbsttätig durch die Kühlmittelleitung, und zwar unter Ausnutzung der Schwerkraft des Wassers im Flüssigkeitstank 4. Dabei kühlt die Kühlflüssigkeit das Absperrventil 1 bei einer Temperatur, die nahe dem Siedepunkt liegt, so daß die Temperatur im Inneren des Ventils oberhalb des Kondensationspunktes des heißen korrodierenden Gases liegt.

, Im Falle des schv/erkraftabhängigen Umlaufs der KUhlflüs-

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sigkeit Ist es schwierig, die durch den Auslaß 6 der Kühlmittelleitung aus dem Ventil ausströmende Flüssigkeit über die Auslaßleitung 11 wieder auf das höhergelegene Niveau des Flüssxgkeitsspiegels im Tank 4 anzuheben. Um daher die Kühlflüssigkeit selbsttätig ablaufen lassen zu können, wird gemäß einem Merkmal der Erfindung die Bildung von Dampfblasen in der Kühlmittelauslaßleitung 11 verstärkt. Dadurch wird die Dichte des aus Kühlflüssigkeit und Gasblasen bestehenden Stroms geringer, so daß die Kühlflüssigkeit nach dem Gasliftprinzip in der Auslaßleitung nach oben strömt. Geeignete Verfahren zur Erhöhung der Dampfblasenbildung in der Auslaßleitung sind folgende:

Ein Verfahren besteht darin, über einen Einlaß 12 ein Gas, beispielsweise Stickstoff, einzuführen, das weder eine korrodierende noch eine die Korrosion beschleunigende Wirkung auf den Leitungswerkstoff besitzt. Es kann auch Wasserdampf mit verhältnismäßig hoher Temperatur verwendet werden, der in einem gewissen Grade Dampfblasen bildet, wenn er in das Kühlwasser eingeleitet wird. Durch Einführen dieser Gase in die Abflußleitung werden im Kühlwasser Blasen erzeugt, so daß die' Dichte des Kühlmittelstroms geringer wird.

Ein weiteres Verfahren besteht darin, das Kühlwasser in der Ablaufleitung durch einen Erhitzer 13 zu erhitzen, der beispielsweise durch elektrische Energie oder mit Dampf betrieben wird, um Gasblasen zu erzeugen.

Schließlich kann nach einem weiteren Verfahren ein Teil der Kühlflüssigkeit aus der Ablaufleitung über eine Zweigleitung 14 abgezweigt und kräftig erhitzt werden, um

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β -

\inter Vermeidung von Blasenbildung zu verdampfen, der Dampf wird dann in den Kreislauf eingespeist. Zum Erhitzen der Kühlflüssigkeit kann heißes Gas beispielsweise dem Absperrventil 1 entnommen werden.

Ein etwaiger Verlust von Kühlflüssigkeit während des Umlaufs wird durch eine Zuführleitung 15 zum Tank 4 ersetzt. Da das Kühlmittel in der oben angegebenen Weise umläuft, kann die Temperatur des Kühlmittels an der Außenseite der Wand 7 (Kühlmittelseite) auf seinem Siedepunkt gehalten werden, so daß die Temperatur des Gases auf der Innenseite der Wand auf keinen Fall den Kondensationspunkt erreicht. Die Wärme leitende Schicht an der Außenseite der Wand 7 wird durch Dampf blasen gestört, und zwar mit Hilfe einer geeigneten Menge an Zuführwasser, wodurch die Wärme leitende Schicht sehr dünn wird. Die Kühlleistung des Kühlsystems nach der Erfindung ist besser als die einer Kaltwasserkühlung.

Im folgenden wird ein Vergleich zwischen dem erfindungsgemäßen Kühlsystem mit einem zwangsgesteuerten Umlaufsystem und einer Kaltwasserkühlung wiedergegeben.

Ein Absperrventil mit einem Durchmesser von 200 mm, dessen Innenwand aus einer Stahlplatte hergestellt war, wurde für ein heißes Gas mit ungefähr 1500°C getestet. Das Gas wurde durch Abspalten eines Schweröls (S-Schweröl, S 2%) gewonnen. Als Kühlmittel diente weiches Wasser. Die Untersuchungsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

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herkömmliches Verfahren

Erfindung

Temperatur in der Kühlmittelleitung am Einlaß des Ventils

Temperatur in der Kühlmittelleitung am Auslaß .des Ventils

Durchflußmenge des Kühlmittels durch das Ventil

Dampf-Wasser-Verhältnis am Auslaß

Kühlleistung

Lebensdauer des Ventils

10 - 3CTC _n (Durchschnitt 20⁰C)

30 -

80 - 100^uC

5 t/h

000 Kcal/h Mon.

100 - 120'

1,7 - 0,4 t/li

10 -

120 000 Kcal/h > 24 Mon.

Wie aus den Untersuchungsergebnissen hervorgeht, liegen die wesentlichen Vorteile der Erfindung darin, daß eine v/irksame Kühlung dadurch erreicht wird, daß die Temperatur des Gases im Ventil unterhalb seines Kondensat!onspunktes liegt, so daß dadurch die Lebensdauer des Ventils (Wand 7) sehr groß ist. Das Ventil kann auch aus einem billigeren Material hergestellt werden; ferner kann die Kühlwassermenge bemerkenswert niedrig gehalten v/erden.

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Claims

NIPPON STEEL CORPORATION No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

Patentansprüche:

Verfahren zum Kühlen eines von einem heißen korrodierenden Gas durchströmten Absperrventils mittels einer Kühlflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit auf einer etwa ihrem Siedepunkt entsprechenden Temperatur und dadurch das Innere des Ventils auf einer oberhalb des Kondensationspunktes des Gases liegenden Temperatur gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zirkulierenden Kühlflüssigkeit eine geringe Menge frischer Kühlflüssigkeit zugesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit innerhalb des Kühlmittelkreislaufs in ständigem Umlauf gehalten wird,
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Kühlung durch Verdampfung erreicht wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelum-

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lauf durch einen selbsttätigen Umlauf erreicht wird,
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung von Gasblasen im Kühlmittel verstärkt und somit die Dichte des Kühlmittelstroms verringert wird.
•7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlflüssigkeit ein Gas, vorzugsweise Stickstoff, zugesetzt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens teilweise die Kühlflüssigkeit erhitzt wird.

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