DE2525012A1 - Absperrvorrichtung - Google Patents

Description

• Absperrvorrichtung Die Erfindung betrifft eine Absperrvorrichtung für strömende Medien, bestehend aus einem Flüssigkeitsbehälter mit einer Zuführungs- und Abführungsleitung. Absperrvorrichtungen der genannten Art werden benötigt für Leitungen, durch die Medien mit bestimmten Komponenten, wie zum Beispiel Gase mit Kondensationsprodukten oder anderen Verunreinigungen, durchgeleitet werden.
• Bei derartigen Absperrvorrichtungen ist es erforderlich, daß sie trotz der im Medium zusätzlich enthaltenen Stoffe, wie zum Beispiel Dämpfe, Kondensationsprodukte, Korrosionsbildner oder solche von klebender Art, stets einen störungsfreien Schließ- und öffnungsvorgang erlauben und darüber hinaus in Schließstellung absolut dicht sind. Unter Medien werden im wesentlichen Gase, aber auch Flüssigkeiten oder verflüssigte Feststoffe verstanden.
• Es ist bekannt, daß zur Erfüllung dieser Erfordernisse Absperrvorrichtungen wie Klappen, Hähne, Ventile oder Schieber mit Materialien ausgekleidet werden, die widerstandsfähig gegen die im Medium enthaltenen Stoffe sind bzw. haftmindernd für klebrige Stoffe wirken. So gibt es zum Beispiel Membranventile, bei denen durch die Ausbeulung der Membran in den freien Querschnitt hinein der Durchfluß abgesperrt wird.
• Selten lassen sich jedoch die gestellten Forderungen erfüllen, da die Forderungen, wie zum Beispiel korrosionsfest, temperaturstabil, elastisch, haftfrei und erosionsfest kaum von einem Werkstoff gleichzeitig erfüllt werden können. So zeigt sich zum Beispiel in Schwefelgewinnungsanlagen, daß Absperrvorrichtungen für schwefeloxydhaltige Gase, die auch Schwefeldampf in Tropfenform enthalten, durch kondensierenden Schwefel blockiert werden. Enthalten Gase dampfförmige Flüssigkeiten, die bei Unterschreiten von bestimmten Temperaturen zur Kondensation und eventuell sogar zur Auskristallisation neigen, kommt es in den Absperrvorrichtungen zu Erosionen und Korrosionen und damit zu unbeabsichtigten Betriebsstörungen.
• Um die Betriebssicherheit zu erhöhen, müssen zusätzliche Absperrvorrichtungen installiert werden, als Reserveeinrichtung oder als doppelte Sicherheitsabsperrung.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bestehenden Nachteile von Absperrvorrichtungen zu mindern und eine sichere Absperrvorrichtung für Medien zu finden, die als weitere Komponenten kondensierbare Dämpfe und/oder kristallisierbare Stoffe und feste Verunreinigungen enthalten.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Tauchrohr im eintauchenden Bereich doppelwandig mit Hohlraum ausgebildet ist, im Tauchrohr ein Verdrängungskörper in seiner Höhenlage variierbar angeordnet ist und der Hohlraum der Verlängerung verbunden ist mit einer Zu- und Ableitung für wechselweise Durchleitung eines Kälte- und eines Heizmittels.
• Um den Verdrängungskörper berührungsfrei in seiner Höhenlage variieren zu können, wird er durch Magnetkräfte von außen gesteuert.
• Die erfindungswesentlichen Merkmale bestehen insbesondere darin, daß die Absperrvorrichtung mit dem Verdrängungskörper nur ein bewegliches Teil aufweist, dessen relative Lage im Dichtquerschnitt nicht exakt eingehalten werden muß und daß durch den Verdrängungskörper in der Flüssigkeit ein wesentlich vermindertes Erstarrungsvolumen erzielt wird. Weiterhin ist erfindungswesentlich, daß der Verschließquerschnitt am Verdrängungskörper in Strömungsrichtung kleiner wird. Zunächst noch offene Kanäle frieren durch mitgerissene Flüssigkeit zu.
• Da der Verdrängungskörper nicht zwangsläufig und starr zu einer bzw. in einer Führung bewegt wird, kommt es zu keinem Verschleiß von Führungsflächen durch feste Verunreinigungen bzw. Auskristallisation in der Flüssigkeit.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Schließung des Gasströmungsweges in der Absperrvorrichtung erreicht wird durch das Erstarren der Flüssigkeit im Spalt zwischen Verdrängungskörper und dem Tauchrohr.
• Da keine direkte Berührung des Verdrängungskörpers mit dem Tauchrohr, d.h. der Gasführungsleitung stattfindet, kommt es bei der Ableitung von unreinen Gasen nicht zu dem gefürchteten Materialverschleiß und den damit verbundenen Undichtigkeiten. Handelt es sich darüber hinaus noch um Gase mit Komponenten, die nach dem Kondensieren zu klebrigem Verhalten oder sogar zur Kristallisation führen, so läßt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung jederzeit eine sichere Absperrung erzielen. Das schnelle Einfrieren der Flüssigkeit im Schließquerschnitt und das schnelle Auftauen mittels leicht verfügbarer Betriebsmittel, wie flüssigem Stickstoff oder Kältemittel und wie Heizdampf, gewährleistet bei Einbau der Absperrvorrichtung in ein Umschaltsystem eine sichere Fahrweise der gesamten Anlage.
• Am Beispiel einer Absperrvorrichtung für das Reaktionsgas einer Schwefelgewinnungs-Anlage wird die Erfindung nachfolgend beschrieben.
• Es zeigen: Fig.
• Die Absperrvorrichtung innerhalb eines Rohrleitungssystems zur Durchleitung der beschriebenen Medien Fig. 2 Den prinzipiellen Aufbau der Absperrvorrichtung in offener Stellung Fig. 3 Den prinzipiellen Aufbau der Absperrvorrichtung in geschlossener Stellung mit erstarrtem Dichtmedium Fig. 4 Die Absperrvorrichtung mit doppelwandigem Steg im Tauchrohr Fig. 4 a Schnitt der Fig. 4 Fig. 5 Absperrvorrichtung mit doppelwandiger Tasse unterhalb des Tauchrohres Bei der Schwefelgewinnungsanlage handelt es sich bei dem durch die Rohrleitungen zu führenden Medium im wesentlichen um ein Schwefeloxyde-haltiges Gas, das als weitere Komponenten Wasserdampf, dampfförmigen und tröpfchenförmigen elementaren Schwefel enthält.
• Im Folgenden wird dieses Medium als Reaktionsgas bezeichnet.
• Nach Fig. 1 strömt das Reaktionsgasgemisch der Leitung 1 des Vorlagebehälters 2 zu. In diesem scheidet sich Schwefel in flüssiger Form ab, der in betriebsbedingten Zeitabständen über das Bodenventil 3 abgelassen werden muß. Der Sammelbehälter 2 ist mit einem Doppelmantel 4 zur Beheizung mit Dampf versehen. In anderer Anwendungs- und Ausführungsform kann der Doppelmantel auch durch eine Heiz- oder ggf. Kühlschlange oder durch eine Induktionsheizung ersetzt werden.
• Aus dem Sammelbehälter 2 strömt das Reaktionsgas durch die Leitung 5 den Absperrvorrichtungen 6 und/oder 7 zu. Aus betriebstechnischen Gründen sind 2 Absperrvorrichtungen installiert, um den Reaktionsgasstrom sowohl auf zwei Folgeanlagen aufteilen als auch jede abwechselnd einzeln fahren zu können. In den ebenfalls mit einem Doppelmantel 8 versehenen Vorrichtungen befinden sich Tauchrohre 9. Nach Passieren der Tauchrohre strömt das Reaktionsgas über die Leitungen 10 oder 11 den nachgeschalteten Anlageteilen zu. Zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Flüssigkeitsspiegel sind der Vorlagebehälter und die Absperrvorrichtungen in bekannter Weise mittels Leitungen verbunden, durch welche Flüssigschwefel abgezogen oder eingefüllt werden kann.
• Über die Leitung 5 in Fig. 2 strömt das Reaktionsgas in den freien Raum in der Absperrvorrichtung und drückt den Flüssigkeitsspiegel so weit nach unten, daß das Gas über den unteren Rand des doppelwandigen Hohlraumes 12 des Tauchrohres 9 in die Leitung 10 abströmen kann. Der doppelwandige Hohlraum 12 des Tauchrohres verfügt über einen Rohranschluß 13 nach außen und über einen entsprechenden Ablauf 14. Durch dieses Rohr-und Hohlraumsystem kann abwechselnd ein Kältemittel oder ein Heizmittel geführt werden. Im oberen Bereich des Tauchrohres 9 ist der Verdrängungskörper 15, in vorliegendem Beispiel als eine Hohlkugel ausgebildet, angeordnet. Er wird über eine magnetische Haltevorrichtung 16 in seiner Lage gehalten. Soll die Absperrvorrichtung wirksam werden, werden folgende Maßnahmen vorgenommen. Fails die zweite Absperrvorrichtung des Systems noch geschlossen sein sollte, wird diese erst geöffnet, wie später beschrieben. Die magnetische Haltevorrichtung 16 wird abgeschaltet, wodurch der Verdrängungskörper nach unten in den flüssigen Schwefel fällt. Gleichzeitig wird über den Rohranschluß 13 ein Kältemittel durch den Hohlraum 12 geleitet. Der flüssige Schwefel zwischen Verdrängungskörper und Tauchrohr erstarrt und verschließt somit den Strömungsweg gem.
• Fig. 3. Für die Dauer der Absperrung wird der Hohlraum 12 vom Kältemittel durchströmt. Soll das Absperrorgan wieder geöffnet werden, wird der Kältemitteldurchfluß unterbrochen und ein Heizmittel, z.B. Dampf, durch den Hohlraum geleitet. Nachdem der Schwefel wieder flüssig geworden ist, wird der Verdrängungskörper mittels der magnetischen Haltevorrichtung angehoben und in Ruhestellung gebracht. Die Absperrvorrichtung wird wieder frei durchströmt.
• Zur Beschleunigung des Schließvorganges wird nach Fig. 4 und 4a am unteren Ende des Tauchrohres ein doppelwandiger Steg 17 angebracht, dessen Hohlraum in Verbindung steht mit demjenigen des Tauchrohres. Der untere Teil des Verdrängungskörpers 18 ist dann zweckmäßigerweise so auszubilden, daß der Steg vom abgesenkten Verdrängungskörper teilweise umschlossen wird.
• Eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung zeigt Fig. 5, worin durch eine doppelwandige Tasse 19 unterhalb des Tauchrohres ebenfalls eine Beschleunigung der Schwefelerstarrung im Strömungsbereich erzielt wird. Der Innenraum der doppelwandigen Tasse ist an das Leitungssystem für die Durchleitung des Kälte- und Heizmittels angeschlossen.
• Der Abstand der doppelwandigen Tasse 19 zum unteren Rand des Tauchrohres kann fest sein, z.B. mittels starrer Stege (20) oder je nach den Erfordernissen und je nach der Größe der Absperrvorrichtung mittels herkömmlicher bekannter Mittel in der Höhe variierbar ausgebildet sein. Die doppelwandige Tasse erhält in ihrer Mitte eine rohrförmige Durchführung (21).
• Beim Schließvorgang der Vorrichtung wird zuerst der Hohlraum 12 des Tauchrohres 9 gekühlt. Falls dabei vom Gasstrom noch Flüssigkeit in das Tauchrohr gerissen wird, gelangt Flüssigkeit durch die Durchführung 21 in die Tasse. Mit einer gewissen Verzögerung wird dann der Hohlraum der Tasse vom Kältemittel durchströmt. Jetzt erstarrt auch die Flüssigkeit in der Tasse.
• Die erfindungsgemäße Absperrvorrichtung ist grundsätzlich zum Einbau in alle Leitungen geeignet, die Gase, Dämpfe und/oder Flüssigkeiten führen. Bei entsprechender Ausführung ist ihre Arbeitsweise unabhängig von Temperatur, Druck und Zusammensetzung der geführten Medien.
• Aus dem Anwendungsbereich seien einige Fälle aufgezählt ohne den Anspruch auf Vollständigkeit. Die Absperrvorrichtung kann in Rohrleitungssystemen von Raffinerie-Anlagen mit Verarbeitung von schweren Destillationsrückständen, Pech und Schwefelhaltiger Vakuum-Rückstände, bei der Entparaffinierung und Entasphaltierung sowie Gasentschwefelung und Schwefelgewinnung mit Weiterverarbeitung der Endprodukte eingesetzt werden.
• Weiter kommen in Frage, weite Bereiche der Nahrungsmittelindustrie wie zum Beispiel Betriebsanlagen zur Verarbeitung von Speiseölen, Speisefetten, Fruchtsäften, Emulsionen und Dispersionen. Vorteilhafterweise kommt es in der erfindungsgemäßen Absperrvorrichtung nicht zu Materialabrieb, wodurch eine Verschmutzung der durchgeleiteten Nahrungsmittel eintreten würde.
• Der Vollständigkeit halber sei ergänzend die Funktion der Absperrvorrichtung beschrieben bei Medien, die vom beschriebenen Beispiel abweichen. Handelt es sich um trockene Gase, so muß der Flüssigkeitsbehälter mit einer Inertenflüssigkeit teilweise gefüllt sein und der Flüssigkeitsstand stetig aufrecht erhalten werden. Werden reine Dämpfe durch die Absperrvorrichtung geleitet, ist die Aufrechterhaltung eines Flüssigkeitsspiegels nicht erforderlich, da bei der Einleitung des Schließvorganges ein Teil der Dämpfe an den gekühlten bzw. kalten Flächen kondensiert. Das entstehende Kondensat friert sofort und verschließt den freien Querschnitt zwischen Kühlmantel und Verdrängungskörper. Bei Beheizung taut die Eisschicht zwischen Heizmantel und Verdrängungskörper, der zuvor blockierte Strömungsquerschnitt wird wieder freigegeben und der Verdrängungskörper wird nach oben aus dem Strömungsquerschnitt entfernt. Das anfallende Kondensat verdampft entweder oder läuft in den darunterliegenden Flüssigkeitsbehälter. Je nach dem Uberhitzungsgrad der Dämpfe dauert der Schließvorgang länger oder kürzer, bzw. ist es angebracht, im Flüssigkeitsbehälter einen bestimmten Flüssigkeitsstand aufrecht zu erhalten.
• Wird ein flüssiges Medium, was evtl. ein flüssig gewordener Feststoff sein kann, durch die Absperrvorrichtung geleitet, ist der Flüssigkeitsbehälter gefüllt und der Verdrängungskörper muß gegen die Stromrichtung in den Verschließbereich gebracht werden. Je nach Strömungsverhältnissen kann die Strömungsrichtung aber auch dem beschriebenen Beispiel entgegengesetzt gewählt werden, ohne daß dadurch die Funktionsfähigkeit der Absperrvorrichtung gemindert wird.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Absperrvorrichtung für strömende Medien, bestehend aus einem allseitig geschlossenen Flüssigkeitsbehälter mit zwei Leitungsanschlüssen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels und einem Tauchrohr an einem Leitungsanschluß, dadurch gekennzeichnet, daß das Tauchrohr (9) im eintauchenden Bereich doppelwandig mit Hohlraum (12) ausgebildet ist, im Tauchrohr ein Verdrängungskörper (15) in seiner Höhenlage variierbar angeordnet ist und der Hohlraum (12) des Tauchrohres (9) verbunden ist mit einer Zu- und Ableitung (13, 14) für wechselweise Durchleitung eines Kälte- und eines Heizmittels.

2. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Höhenlage des Verdrängungskörpers (15) durch Magnetkräfte steuerbar ist.

3. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im eintauchenden Bereich des Tauchrohres (9) mindestens ein doppelwandiger Steg (17) mit Verbindung zu den anderen Hohlräumen angeordnet ist.

4. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Verlängerung eine doppelwandige Tasse (19) angeordnet ist, der Hohlraum der Tasse (19) verbunden ist mit der Zu- und Ableitung (13, 14) für wechselweise Durchleitung eines Kälte- und eines Heizmittels.

5. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Tasse (19) zum Tauchrohr (9) variierbar ist.

6. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Tassenboden mindestens eine rohrförmige Durchführung (21) aufweist.

7. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsbehälter eine Leitung aufweist zur Einregulierung des Flüssigkeitsspiegels.

8. Absperrvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitung für wechselweise Durchleitung eines Kälte- und eines Heizmittels an eine Umschaltvorrichtung angeschlossen sind.

L e e r s e i t e