DE3706529A1 - Process and apparatus for evaporating a liquefied gas - Google Patents
Process and apparatus for evaporating a liquefied gasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdampfen eines verflüssigten Gases durch Wärmetausch mit Umgebungsluft, bei dem das verflüssigte Gas abwechselnd einer ersten und einer zweiten Verdampfereinheit zugeführt und darin verdampft wird, während die andere Verdampfereinheit von beim vorangegangenen Verdampfen gebildete Eisansatz befreit wird. Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for vaporizing a liquefied gas through heat exchange with ambient air, in which the liquefied gas alternately a first and fed to a second evaporator unit and therein is evaporated while the other evaporator unit from ice build-up formed during the previous evaporation is released. The invention also relates to a Device for performing the method.
Gase, wie beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Argon, die in gasförmigem Zustand benötigt werden, werden in vielen Fällen bei Temperaturen, die weit unterhalb der Umgebungstemperatur liegen, in verflüssigtem Zustand aufbewahrt. Die benötigte Gasmenge wird dann jeweils bei Bedarf verdampft und dem Verbraucher zugeführt. Das tiefkalte verflüssigte Gas wird in luftbeheizten Verdampfern ohne Zuführung von Fremdenergie durch freie Konvektion mit der Umgebungsluft verdampft und auf annähernd Umgebungstemperatur angewärmt. Müssen die Verdampfer über längere Zeit ununterbrochen arbeiten, so besteht die Gefahr, daß die Verdampferoberfläche durch ausfrierende Luftfeuchtigkeit allmählich zuwächst. Eis, Reif oder Schnee wirken wärmeisolierend, die Leistung des Verdampfers schwindet drastisch. Als Abhilfe werden die luftbeheizten Verdampfer daher in der Regel in zwei oder noch mehr Verdampfereinheiten aufgeteilt. Während eine Einheit im Verdampfungsbetrieb arbeitet, wird die andere Einheit regeneriert, d. h. von Eis und Schnee befreit. In regelmäßigen Zeitabständen bzw. sobald die Regenerierung abgeschlossen ist, werden die Verdampfereinheiten umgeschaltet.Gases such as nitrogen, oxygen or Argon, which are required in the gaseous state in many cases at temperatures well below the Ambient temperature, in the liquefied state kept. The amount of gas required is then at The demand evaporates and is supplied to the consumer. The cryogenic liquefied gas is heated in air Evaporators without external energy supply by free Convection with the ambient air evaporates and turns on almost warmed up to ambient temperature. Must they Vaporizer work continuously for a long time, so there is a risk that the evaporator surface through freezing humidity gradually increases. Ice, Frost or snow are heat-insulating, the performance of the Evaporator disappears drastically. As a remedy, the air-heated evaporators therefore usually in two or divided even more evaporator units. During one Unit works in evaporation mode, the other Unit regenerates, d. H. cleared of ice and snow. In regular intervals or as soon as the regeneration is completed, the evaporator units switched.
Bei Umgebungstemperaturen unter 0°C können die Verdampfer während der Ruhephase nicht regenerieren. Eis, Reif und Schnee tauen nicht mehr ab. Um die Leistung der Verdampfer zu erhalten, ist es erforderlich, sie mechanisch (z. B. mit Besen) oder mit Fremdenergie (z. B. mit einem Dampfstrahlgebläse) von Eis und Schnee zu befreien. Diese Maßnahmen sind allerdings zeitaufwendig und wegen der häufig verwendeten Höhe des Verdampfers (bis ca. 6 m) und der dichten Packung der Wärmetauschflächen schwierig.At ambient temperatures below 0 ° C the evaporators can Do not regenerate during the resting phase. Ice, ripe and Snow no longer defrosts. To the performance of the evaporator to obtain it, it is necessary to mechanically (e.g. with Broom) or with external energy (e.g. with a To remove ice and snow. These However, measures are time consuming and because of the frequently used height of the evaporator (up to approx. 6 m) and the tight packing of the heat exchange surfaces difficult.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem auch bei tiefen Umgebungstemperaturen der Eisansatz an der Verdampfereinheit leicht und rasch entfernt werden kann.The invention is therefore based on the object To develop processes of the type mentioned at the beginning the formation of ice even at low ambient temperatures the evaporator unit can be removed easily and quickly can.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verdampfte Gas angewärmt und durch die jeweils vom Eisansatz zu befreiende Verdampfereinheit geleitet wird.This object is achieved in that the evaporated gas warmed up and by each of the Evaporator unit to be liberated is passed.
Erfindungsgemäß wird das verdampfte Gas selbst zur Entfernung des Eisansatzes herangezogen. Das Gas strömt dabei im lnneren der Verdampfereinheit, d. h. durch dieselben Strömungsquerschnitte, durch die während des Verdampfens das zu verdampfende verflüssigte Gas geleitet wird. Das verdampfte Gas wird auf eine Temperatur angewärmt, die ausreicht, um den Eisansatz von der Verdampferoberfläche zu lösen. Der Eisansatz wird, sofern die Verdampferoberfläche eine ausreichende Neigung aufweist, von der Oberfläche abrutschen.According to the invention, the vaporized gas itself Removal of the ice deposit is used. The gas flows doing so inside the evaporator unit, d. H. by the same flow cross sections through which during the Evaporating the liquefied gas to be evaporated becomes. The vaporized gas is brought to a temperature warmed up enough to keep the ice from spreading Solve evaporator surface. The ice buildup is provided the evaporator surface has a sufficient inclination has to slip off the surface.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Abtauen vereister Verdampfereinheiten mit geringem Energieaufwand auf äußerst einfache Weise.The method according to the invention enables defrosting icy evaporator units with low energy consumption in an extremely simple way.
Vorzugsweise erfolgt das Anwärmen des Gases in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, d.h. je niedriger die Umgebungstemperatur ist, umso höher ist die Temperatur, auf die das Gas angewärmt wird.The gas is preferably heated in Dependence on the ambient temperature, i.e. ever the lower the ambient temperature, the higher the Temperature to which the gas is heated.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das verdampfte Gas in einem Elektroerhitzer angewärmt.In a preferred development of the invention The vaporized gas is processed in one process Electric heater warmed up.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt zwei luftbeheizte Verdampfereinheiten, die mit einer Quelle eines tiefsiedenden verflüssigten Gases und mit einer Abgabeleitung für verdampftes Gas verbindbar sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verdampfereinheit über einen Erhitzer miteinander verbunden sind.A device for carrying out the The inventive method comprises two air-heated Evaporator units with a source of one low boiling liquefied gas and with a Output line for evaporated gas can be connected, and is characterized in that the evaporator unit are connected to each other via a heater.
Der Erhitzer ist mit Vorteil ein Elektroerhitzer.The heater is advantageously an electric heater.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist in der Abgabeleitung ein thermostatgesteuertes Schnellschlußventil angeordnet. Durch das Schnellschlußventil, das bei Unterschreiten einer vorgegebenen Temperatur schließt, wird verhindert, daß bei einer Fehlschaltung tiefkaltes Gas an den Verdampfereinheiten direkt in die Abgabeleitung strömt.In a preferred development of the Subject of the invention is in the delivery line thermostatically controlled quick-closing valve arranged. Thanks to the quick-closing valve, which falls below closes at a predetermined temperature, is prevented that in the event of a malfunction, cryogenic gas to the Evaporator units flows directly into the discharge line.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and further details of the invention are shown using a schematic Embodiment explained in more detail.
Hierbei zeigt die Figur ein Fließschema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine Leitung 1 ist mit einem nichtdargestellten Reservoir eines tiefkalten verflüssigten Gases, beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff oder Argon, verbunden. Die Leitung 1 verzweigt sich in zwei Leitungen 2 und 3, in denen Ventile 4 bzw. 5 angeordnet sind. Die Ventile 4 und 5 sind vorzugsweise pneumatische Ventile. Von der Leitung 2 führt eine Abzweigung 6 zu einer Verdampfereinheit 7, während von der Leitung 3 eine Abzweigung 8 zu einer Verdampfereinheit 9 führt. Die Verdampfereinheiten 7,9 weisen jeweils Strömungsquerschnitte für das verflüssigte Gas auf, die an ihren Außenseiten mit der Umgebungsluft in Berührung stehen. Derartige Verdampfereinheiten bestehen beispielsweise aus einer Vielzahl von lotrechten Rohrzügen, die an ihrer Außenseite Rippen zur Vergrößerung ihrer Wärmetauschflächen besitzen.The figure shows a flow diagram of the method according to the invention. A line 1 is connected to a reservoir, not shown, of a cryogenic liquefied gas, for example nitrogen, oxygen or argon. The line 1 branches into two lines 2 and 3 , in which valves 4 and 5 are arranged. Valves 4 and 5 are preferably pneumatic valves. A branch 6 leads from line 2 to an evaporator unit 7 , while a branch 8 leads from line 3 to an evaporator unit 9 . The evaporator units 7, 9 each have flow cross sections for the liquefied gas, which are in contact with the outside air on their outer sides. Evaporator units of this type consist, for example, of a multiplicity of vertical pipes, which have ribs on the outside to enlarge their heat exchange surfaces.
Von dem der Abzweigung 6 gegenüberliegenden Ende der Verdampfereinheit 7 führt eine Leitung 10, in der ein Ventil 11 angeordnet ist, zu einem Erhitzer 12. Der Erhitzer 12, der vorzugsweise als Elektroerhitzer ausgebildet ist, ist andererseits über eine Leitung 13, in der ein Ventil 14 angeordnet ist, mit dem der Abzweigung 8 gegenüberliegenden Ende der Verdampfereinheit 9 verbunden. Die Leitungen 10 und 13 sind miteinander in Strömungsverbindung.A line 10 , in which a valve 11 is arranged, leads from the end of the evaporator unit 7 opposite the branch 6 to a heater 12 . The heater 12 , which is preferably designed as an electric heater, is connected on the other hand via a line 13 , in which a valve 14 is arranged, to the end of the evaporator unit 9 opposite the branch 8 . The lines 10 and 13 are in flow communication with one another.
Zwischen der Verdampfereinheit 7 und dem Ventil 11 führt eine Leitung 15 von der Leitung 10 über ein Ventil 156 zu einer Abgabeleitung 17. Eine Leitung 18 führt von einer Abzweigung zwischen dem Ventil 14 und der Verdampfereinrichtung 9 in der Leitung 13 über ein Ventil 19 ebenfalls zu der Abgabeleitung 17. Stromab der Vereinigungsstelle der beiden Leitung 15, 18 münden die Leitung 2 über ein Ventil 21 sowie die Leitung 3 über ein Ventil 22 in die Abgabeleitung. Die Ventile 21, 22 sind vorzugsweise pneumatische Ventile. Die Abgabeleitung 17 enthält ein thermostatgesteuertes Schnellschlußventil 23. Ein Temperaturregler 24 steuert die Leistung des Elektroerhitzers 12 in Abhängigkeit von der Temperatur des in der Leitung 17 abgegebenen Gases.Between the evaporator unit 7 and the valve 11 , a line 15 leads from the line 10 via a valve 156 to an output line 17 . A line 18 also leads from a branch between the valve 14 and the evaporator device 9 in the line 13 via a valve 19 to the discharge line 17 . Downstream of the union of the two lines 15 , 18 , the line 2 opens via a valve 21 and the line 3 via a valve 22 into the discharge line. The valves 21 , 22 are preferably pneumatic valves. The discharge line 17 contains a thermostatically controlled quick-closing valve 23 . A temperature controller 24 controls the output of the electric heater 12 as a function of the temperature of the gas discharged in the line 17 .
Bei der Durchführung des Verdampfungsverfahrens sind zunächst die Ventile 5, 16, 19, 21 geschlossen, während die übrigen Ventile geöffnet sind. Das verflüssigte Gas strömt dann durch die Leitungen 1, 2, 6 zur ersten Verdampfereinheit 7, in der es verdampft und auf eine Temperatur, die etwas unterhalb der Umgebungstemperatur liegt, angewärmt wird. Die Temperatur des verdampften Gases am Austritt der Verdampfereinheit 7 liegt etwa 5 bis 10° unter der Umgebungstemperatur. Das Gas strömt nun durch Leitung 10 zum Erhitzer 12, in dem es angewärmt wird. lm Erhitzer wird das Gas auf über 0°C, vorzugsweise auf 30-60°C angewärmt. Das angewärmte Gas verläßt den Erhitzer 12 über die Leitung 13 und durchströmt die zweite Verdampfereinheit 9. Das Gas gibt dabei einen Teil der in ihm enthaltenen Wärme an die Wärmetauschflächen der Verdampfereinheit ab. Ein Eis- oder Reifansatz, der sich an den Außenflächen der Verdampfereinheit 9 befindet, wird dadurch abgeschmolzen oder fällt, nachdem er von innen angetaut worden ist, von selbst ab. Nunmehr gelangt das Gas durch die Leitung 3 zur Abgabeleitung 17, durch die es zum Verbraucher geführt wird. Die Temperatur des zum Verbraucher strömenden Gases wird gemessen und, in Abhängigkeit vom gemessenen Temperaturwert der Erhitzer 12 für den Temperaturregler 24 gesteuert. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß das Gas den Verbraucher mit der gewünschten Temperatur erreicht.When the evaporation process is carried out, the valves 5 , 16 , 19 , 21 are initially closed, while the other valves are open. The liquefied gas then flows through lines 1 , 2 , 6 to the first evaporator unit 7 , in which it evaporates and is heated to a temperature which is slightly below the ambient temperature. The temperature of the vaporized gas at the outlet of the evaporator unit 7 is approximately 5 to 10 ° below the ambient temperature. The gas now flows through line 10 to the heater 12 , in which it is heated. In the heater, the gas is heated to above 0 ° C, preferably to 30-60 ° C. The warmed gas leaves the heater 12 via the line 13 and flows through the second evaporator unit 9 . The gas releases part of the heat it contains to the heat exchange surfaces of the evaporator unit. An ice or frost deposit, which is located on the outer surfaces of the evaporator unit 9 , is thereby melted off or falls off automatically after being thawed from the inside. Now the gas passes through line 3 to the discharge line 17 , through which it is led to the consumer. The temperature of the gas flowing to the consumer is measured and, depending on the measured temperature value, the heater 12 for the temperature controller 24 is controlled. This ensures that the gas reaches the consumer at the desired temperature.
In vorgegebenen Zeitintervallen oder sobald die Verdampfereinheit 9 abgetaut ist, werden die Ventile 4, 5, 21, 22 umgeschaltet, d.h. es sind nunmehr die Ventile 4, 16, 19, 22 geschlossen, während die Ventile 5, 11, 14, 21, 23 geöffnet sind. Das Umschalten erfolgt automatisch oder von Hand. Das zu verdampfende Gas strömt nunmehr von der Leitung 1 über die Leitungen 3 und 8 zu der Verdampfereinheit 9, die im vorhergehenden Schalttakt abgetaut worden ist. In analoger Weise wie zuvor in der Verdampfereinheit 7 wird das Gas verdampft und bis knapp unterhalb der Umgebungstemperatur angewärmt. Nach Verlassen der Verdampfereinheit 9 gelangt das Gas über die Leitung 13 zum Erhitzer 12, in dem es weiter angewärmt wird. Das Gas wird wiederum auf über 0°C, vorzugsweise auf 30-60°C angewärmt. Das angewärmte Gas verläßt den Erhitzer 12 über die Leitung 10 und durchströmt die Verdampfereinheit 7, wobei es Wärme an deren Wärmetauschflächen abgibt. Auf diese Weise wird der Eis bzw. Reifansatz von den Wärmetauschflächen der Verdampfereinheit 7 entfernt. Nach Verlassen der Verdampfereinheit 7 gelangt das Gas über die Leitung 2 zur Abgabeleitung 17.Valves 4 , 5 , 21 , 22 are switched over at predetermined time intervals or as soon as evaporator unit 9 is defrosted, ie valves 4 , 16 , 19 , 22 are now closed while valves 5 , 11 , 14 , 21 , 23 are open. Switching is automatic or manual. The gas to be evaporated now flows from line 1 via lines 3 and 8 to the evaporator unit 9 , which has been defrosted in the previous switching cycle. In an analogous manner as before in the evaporator unit 7 , the gas is evaporated and heated to just below the ambient temperature. After leaving the evaporator unit 9 , the gas reaches the heater 12 via the line 13 , in which it is further heated. The gas is again warmed to above 0 ° C, preferably to 30-60 ° C. The warmed gas leaves the heater 12 via the line 10 and flows through the evaporator unit 7 , giving off heat at its heat exchange surfaces. In this way, the ice or frost is removed from the heat exchange surfaces of the evaporator unit 7 . After leaving the evaporator unit 7 , the gas reaches the discharge line 17 via line 2 .
Jeweils durch Umschalten der Ventile 4, 5, 21, 22 werden abwechselnd die Verdampfereinheiten 7 und 9 vom Eisansatz befreit.In each case by switching the valves 4 , 5 , 21 , 22 , the evaporator units 7 and 9 are alternately freed from the ice build-up.
Das Schnellschlußventil 23 schließt bei Unterschreiten einer vorgegebenen tiefsten Temperatur um sicher zu verhindern, daß durch eine Fehlschaltung tiefkaltes Gas an den Verdampfern vorbei von der Leitung 1 direkt zum Verbraucher gelangt. The quick-closing valve 23 closes when the temperature falls below a predetermined minimum in order to reliably prevent cryogenic gas from passing through the evaporators from the line 1 directly to the consumer due to a malfunction.
Die dargestellte Schaltung bietet die Möglichkeit, daß bei ausreichenden Umgebungstemperaturen, bei denen kein Vereisen der Verdampfereinheiten 7, 9 auftritt, beide Verdampfereinheiten 7 und 9 gleichzeitig betrieben werden können. Zu diesem Zweck werden die Ventile 11, 14, 21, 22 geschlossen, die Ventile 4, 5, 16, 19 und 23 geöffnet. Die beiden Verdampfereinheiten werden dann im Parallelbetrieb betrieben.The circuit shown offers the possibility that at sufficient ambient temperatures, at which no freezing of the evaporator units 7 , 9 occurs, both evaporator units 7 and 9 can be operated simultaneously. For this purpose, valves 11 , 14 , 21 , 22 are closed, valves 4 , 5 , 16 , 19 and 23 are opened. The two evaporator units are then operated in parallel.
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