DE102015200318A1

DE102015200318A1 - Anordnung, Verfahren zum Betrieb

Info

Publication number: DE102015200318A1
Application number: DE102015200318.3A
Authority: DE
Inventors: Hans Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2016-07-14
Also published as: CN205806940U

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (ARR) mit einer
– Leitung (CON),
– einem Ventil (VAV),
– einer Rückschlagklappe (COF),
– einem Prozessfluidvolumen (PFV),
wobei die Leitung (CON) in das Prozessfluidvolumen (PFV) einmündet,
wobei das Ventil (VAV) in der Leitung (CON) derart angeordnet ist, dass eine Strömung durch die Leitung (CON) mittels des Ventils (VAV) absperrbar ist,
wobei zwischen dem Prozessfluidvolumen (PFV) und dem Ventil (VAV) die Rückschlagklappe (COF) angeordnet ist, derart, dass bei einem bestimmten Überdruck seitens des Prozessfluidvolumens (PFV) die Rückschlagklappe (COF) sich in eine Geschlossen-Stellung bewegt oder dort befindet,
wobei eine Durchlassrichtung der Rückschlagklappe (COF) von dem Ventil (VAV) in Richtung des Prozessfluidvolumens (PFV) gerichtet ist. Damit die Lebensdauer des Ventils verlängert werden kann, wird vorgeschlagen, dass
in einem Abschnitt (SEC) der Leitung (CON) zwischen dem Ventil (VAV) und der Rückschlagklappe (COF) eine Spülleitung (PCO) einmündet, mittels derer ein Spülfluid (PG) in die Leitung (CON) zwischen dem Ventil (VAV) und der Rückschlagklappe (COF) einleitbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer

– Leitung,
– einem Ventil,
– einer Rückschlagklappe,
– einem Prozessfluidvolumen,

Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb dieser Anordnung.
Eine häufige Situation im Anlagenbau sieht die Installation einer Rückschlagklappe vor, um eine bestimmte Strömungsrichtung durch eine Leitung festzulegen und die Strömung in die entgegengesetzte Richtung im Wesentlichen zu unterbinden. Diese bevorzugte Strömungsrichtung kann auch als die Durchlassrichtung der Rückschlagklappe bezeichnet werden. Andere auch übliche Bezeichnungen für die Rückschlagklappe und vergleichbare Armaturen sind: Einwegeventil, Rückschlagarmatur oder Rückschlagventil. Im Folgenden wird der Begriff Rückschlagklappe synonym verwendet für derartige Armaturen, wobei unter diesem Begriff grundsätzlich ein Bauteil verstanden wird, welches die Strömung eines Fluides (Flüssigkeit, Gas) in nur einer Richtung zulässt. Rückschlagklappen sind in der Regel besonders einfach ausgebildet und daher wenig störanfällig. Damit die Rückschlagklappe von einer geschlossenen Position in eine offene Position wechselt, ist meist ein gewisser Differenzdruck über die Rückschlagklappe in Durchlassrichtung erforderlich. Insbesondere mit zunehmender Baugröße der Rückschlagklappe nehmen absolut betrachtet auch die Undichtigkeiten dieser Armatur in der geschlossenen Position zu. In Folge der in der Regel relativ großen Dichtflächen einer Rückschlagklappe schließt diese nicht so dicht wie ein Ventil, das beispielsweise einen Kegelsitz und einen Ventilkegel aufweist. Wird die Rückschlagklappe beispielsweise zum Schutz der stromaufwärts der Durchströmungsrichtung der Rückschlagklappe gelegenen Armaturen vor einem korrosiven oder anders chemisch aggressiven Gas eingesetzt, muss davon ausgegangen werden, dass in der Geschlossen-Position der Rückschlagklappe die chemisch aggressiven Substanzen trotzdem die zu schützenden Armaturen erreichen. Dies führt in der Regel verzögert zu einer chemischen Beschädigung dieser Armaturen, wenn diese gegenüber den chemisch aggressiven Fluid nicht resistent ausgebildet sind. Die Rückschlagklappe vermag diesen Vorgang lediglich zu verzögern, jedoch nicht völlig abzustellen.
Ausgehend von den Problemen und Nachteilen des Standes der Technik hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, einen Weg zu finden, stromaufwärts der Durchlassrichtung einer Rückschlagklappe vorgesehene Armaturen gegenüber einem stromabwärts der Durchlassrichtung der Rückschlagklappe anstehenden Fluid besser zu schützen.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Anordnung der eingangs genannten Art mit den zusätzlichen Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruch 1 vorgeschlagen. Zusätzlich wird ein Verfahren zum Betrieb einer Anordnung, insbesondere der beanspruchten Anordnung, vorgeschlagen. Die jeweils rückbezogenen Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Unter einem Prozessvolumen versteht die Erfindung jede beliebige prozessfluid beinhaltende oder führende Kavität, insbesondere eine ein Prozessfluid führende Leitung. Bei dem Ventil, mittels dessen die Leitung absperrbar ist, handelt es sich bevorzugt um eine Armatur mit einer Dichtigkeitsklasse, die von dem Fachmann als weitestgehend leckagefrei erachtet wird. Jedenfalls ist das Ventil dichter als die Rückschlagklappe. Die Rückschlagklappe in der erfindungsgemäßen Anordnung ist dem Fachmann bekannt als nicht vollständig dicht abschließende Armatur, so dass sich das jenseits der Rückschlagklappe bei geschlossener Rückschlagklappe befindliche Prozessfluid mit dem diesseitigen mit fort schreitender Zeit vermischt. Die Rückschlagklappe schließt, wenn ein Fluid entgegen der Durchlassrichtung die Rückschlagklappe infolge Differenzdrucks ansonsten passieren würde.
Bei der Spülleitung handelt es sich um eine Leitung, die ein Fluid, beziehungsweise ein Spülfluid führt, das geeignet ist, den Druck in dem Abschnitt zwischen dem Ventil und der Rückschlagklappe soweit zu erhöhen, dass durch die Undichtigkeiten der Rückschlagklappe in der Geschlossen-Stellung kein jenseitig der Rückschlagklappe befindliches Prozessfluid entgegen der Durchlassrichtung der Rückschlagklappe den Zwischenraum erreicht. Während das Prozessfluid jenseits der Rückschlagklappe chemisch aggressiv sein kann gegenüber dem Ventil in der Leitung, ist das Spülfluid bevorzugt derart ausgewählt, dass es sich weitestgehend inert, zumindest weniger reaktiv als das Prozessfluid gegenüber dem Material des Ventils verhält.
Hierzu ist die Spülleitung regelmäßig im Durchmesser viel kleiner ausgebildet als die Leitung, die mittels der Rückschlagklappe bzw. des Ventils abgesperrt wird. Die Spülleitung ist mindestens so groß – bevorzugt nur so groß bzw. wenig größer (bis zu 50% Durchtrittsfläche) – ausgebildet, dass das durch die Spülleitung zuführbare Spülfluid das Volumen der Leckage durch die Rückschlagklappe übersteigt.
Bevorzugt befindet sich in der Spülleitung ein Spülleitungsventil, mittels dessen die Spülleitung absperrbar ist. Besonders bevorzugt ist mittels des Spülleitungsventils der Zustrom des Spülfluids regelbar, so dass der Volumenstrom an Spülfluid angepasst werden kann an die Leckage durch die Rückschlagklappe in der Geschlossen-Stellung. Besonders bevorzugt ist mindestens eine Druckmessstelle in dem Abschnitt zwischen dem Ventil und der Rückschlagklappe vorgesehen, wobei eine vorteilhafte Weiterbildung hierbei vorsieht, dass der Differenzdruck über die Rückschlagklappe gemessen wird – also zwei Druckmessstellen vor und hinter der Rückschlagklappe vorgesehen sind. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass mittels der Druckinformation eine Regelungseinheit steuert, die derart angeschlossen und ausgebildet ist, dass die Öffnungsstellung des Spülleitungsventils gesteuert werden kann. Bevorzugt ist in Abhängigkeit von dem Druck in dem Abschnitt zwischen dem Ventil und der Rückschlagklappe oder dem Differenzdruck über die Rückschlagklappe die Steuerung derart, dass die Rückschlagklappe zwar geschlossen bleibt, jedoch der Abschnitt zwischen dem Ventil und der Rückschlagklappe mit dem Spülfluid gefüllt bleibt. Im stationären Betrieb ist hierbei ein leichter Überdruck des Abschnitts zwischen der Rückschlagklappe und dem Ventil gegenüber dem Prozessfluidvolumen erforderlich. Der Überdruck sollte jedoch nur so hoch sein, dass die Rückschlagklappe nicht öffnet. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Regelungseinheit derart ausgebildet ist, dass die Öffnungsstellung des Spülleitungsventils derart gesteuert wird, dass in dem Abschnitt zwischen dem Ventil und der Rückschlagklappe ein Überdruck gegenüber dem Prozessfluidvolumen eingestellt ist, wobei der Differenzdruck über die Rückschlagklappe unterhalb des Differenzdrucks bleibt, der eine Öffnung der Rückschlagklappe auslöst.
Eine besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung liegt in einer Anordnung, bei der ein Verdichter, ein Prozessabschnitt und ein Expander von der Anordnung umfasst sind, wobei der Verdichter ein erstes Prozessfluid verdichtet in den Prozessabschnitt befördert, wobei der Prozessabschnitt ein zweites Prozessfluid in den Expander mittels des Prozessfluidvolumens einleitet, wobei das zweite Prozessfluid chemisch korrosiver wirkt als das erste Prozessfluid gegenüber dem Ventil. Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführung sieht vor, dass die Spülleitung an den Verdichter derart angeschlossen ist, dass die Spülleitung verdichtetes erstes Prozessfluid als Spülfluid führt.
Neben der Anordnung schlägt die Erfindung ein Verfahren nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch bevorzugt zum Betrieb dieser hier ebenfalls vorgeschlagenen Anordnung oder einer Weiterbildung dieser Anordnung nach den abhängigen Unteransprüchen vor.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt:
1 ein schematisches Flussdiagramm einer erfindungsgemäßen Anordnung.
Die 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm von Prozessfluidströmen, bei der eine Anordnung ARR nach der Erfindung betrieben nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wiedergegeben ist.
Der in 1 skizzierte Prozess ist typisch für eine PTA-Anlage, also eine Anlage für gereinigte Terephthalsäure oder Phthalsäure, einem Zwischenprodukt für das Polyester Polyethylenterephthalat (PET). Die erfindungsgemäße Anordnung ARR kann auch vorteilhaft bei anderen Anordnungen mit einer Leitung CON, einem Ventil VAV, einer Rückschlagklappe COF und einem Prozessfluidvolumen PFV eingesetzt werden.
Der in 1 dargestellte Hauptprozess besteht in der Verdichtung eines ersten Prozessfluids PF1 mittels des Verdichters CO, der Verarbeitung des ersten Prozessfluids PF1 mit einem dritten Prozessfluid PF3 in einem Prozessabschnitt REA, der als Reaktor bezeichnet werden kann, zu einem zweiten Prozessfluid PF2 und der abschließenden Expansion des zweiten Prozessfluids PF2 in einem Expander unter Rückgewinnung technischer Arbeit, die in einem Generator G zu elektrischer Leistung umgesetzt werden kann oder zumindest zum teilweisen Antrieb des Verdichters CO dienen kann, welche Option hier durch die strichpunktierte Linie im Sinne einer Welle skizziert ist. Der Verdichter CO ist ausschließlich oder zusätzlich durch einen Motor M angetrieben, der als elektrischer Motor oder als Fluidenergiemaschine, zum Beispiel als Dampfturbine ausgebildet sein kann. Nach der Reaktion mit dem dritten Prozessfluid PF3 ist das zweite Prozessfluid PF2 ausströmend aus dem Prozessabschnitt chemisch korrosiv wirkend, so dass die mit diesem zweiten Prozessfluid in Kontakt tretenden Bauteile in der Regel aus hochpreisigen resistenten Metallen hergestellt werden müssen, beispielsweise aus Hastelloy. Für den Fall, dass der Prozessabschnitt eine Betriebsunterbrechung erfährt, ist es in der Regel ungünstig, die Anordnung aus Verdichter CO und Expander EXP ohne weiteres abzuschalten, insbesondere, wenn davon weitere Prozesse abhängen oder beispielsweise in dem weiter rotierenden Expander ein Prozessfluid ohne weiteren Austausch unerlaubt hohe Temperaturen in Folge eines Ventilierens erreicht. Aus diesem Grund ist ein Bypass zu dem Prozessabschnitt vorgesehen, der mittels des Ventils VAV absperrbar ist und öffnet, wenn der Prozessabschnitt abgestellt wird, so dass der Expander EXP weiterhin durchflutet ist. In diesem Fall öffnet die Rückschlagklappe COF und das erste Prozessfluid PF1 erreicht durch die geöffnete Rückschlagklappe über die Drossel TH das Prozessfluidvolumen PFV und wird schließlich im Expander EXP unter Erzeugung technischer Arbeit entspannt.
In der 1 ist hinsichtlich der Prozessfluidströme der Regelbetriebsfall angegeben bei geschlossener Rückschlagklappe COF. Im Regelbetriebsfall ist die Rückschlagklappe COF zwar geschlossen, jedoch nicht hundertprozentig dicht, so dass ein Abschnitt SEC zwischen der Rückschlagklappe COF und dem Ventil VAV von dem chemisch aggressiven zweiten Prozessfluid PF2 erreicht wird und das Ventil VAV mit diesem chemisch aggressiven Medium in Kontakt tritt. Das zweite Prozessfluid PF2 ist sehr viel aggressiver als das erste Prozessfluid PF1, welches in der Regel Umgebungsluft ist. Damit das Ventil VAV als sehr große Absperrarmatur nicht auch kostenintensiv aus chemisch resistentem Metall hergestellt werden muss, schlägt die Erfindung vor, bei geschlossener Rückschlagklappe COF einen Überdruck in dem Abschnitt SEC durch Zufuhr eines Spülfluids PG herzustellen mittels einer Spülfluidleitung PCO, die in dem Abschnitt SEC einmündet. Die Spülfluidleitung PCO ist mittels eines Spülleitungsventils VPC absperrbar, wobei das Spülleitungsventil auch in der Öffnungsstellung regelbar ist. Zur Regelung des Drucks in dem Abschnitt SEC in Abhängigkeit von dem Druck stromaufwärts und stromabwärts der Rückschlagklappe COF ist eine Regelungseinheit CON vorgesehen, die über ein Aktuator ACT die Öffnungsstellung des Spülleitungsventils VPC einstellt. Stromaufwärts und stromaufwärts der Rückschlagklappe ist eine erste Druckmessstelle PEP1 und eine Druckmessstelle PEP vorgesehen, die zu einer Differenzdruckmessstelle DEP zusammengefasst sind. Auf Grundlage der Signale der Differenzdruckstelle DEP regelt die Regelungseinheit CON die Öffnungsstellung des Spülleitungsventils VPC. Hierbei stellt die Regelungseinheit CON den Druck in dem Abschnitt SEC derart ein, dass ein stetiger Zufluss von Spülfluid PG erfolgt und somit ein positiver Differenzdruck in Durchlassrichtung der Rückschlagklappe COF vorliegt, die Rückschlagklappe COF aber nicht einen so hohen Differenzdruck in Durchlassrichtung erfährt, dass sie öffnet. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass der Abschnitt SEC stets eine nur sehr niedrige Konzentration des zweiten aggressiven Prozessfluids PF2 aufweist.

Claims

Anordnung (ARR) mit einer – Leitung (CON), – einem Ventil (VAV), – einer Rückschlagklappe (COF), – einem Prozessfluidvolumen (PFV), wobei die Leitung (CON) in das Prozessfluidvolumen (PFV) einmündet, wobei das Ventil (VAV) in der Leitung (CON) derart angeordnet ist, dass eine Strömung durch die Leitung (CON) mittels des Ventils (VAV) absperrbar ist, wobei zwischen dem Prozessfluidvolumen (PFV) und dem Ventil (VAV) die Rückschlagklappe (COF) angeordnet ist, derart, dass bei einem bestimmten Überdruck seitens des Prozessfluidvolumens (PFV) die Rückschlagklappe (COF) sich in eine Geschlossen-Stellung bewegt oder dort befindet, wobei eine Durchlassrichtung der Rückschlagklappe (COF) von dem Ventil (VAV) in Richtung des Prozessfluidvolumens (PFV) gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abschnitt (SEC) der Leitung (CON) zwischen dem Ventil (VAV) und der Rückschlagklappe (COF) eine Spülleitung (PCO) einmündet, mittels derer ein Spülfluid (PG) in die Leitung (CON) zwischen dem Ventil (VAV) und der Rückschlagklappe (COF) einleitbar ist.
Anordnung (ARR) nach Anspruch 1, wobei die Spülleitung (PCO) mittels eines in der Spülleitung (PCO) angeordneten Spülleitungsventils (VPC) absperrbar ist.
Anordnung (ARR) nach Anspruch 2, wobei das Spülleitungsventil (VPC) als Regelventil ausgebildet ist und der Druck (PEP) in dem Abschnitt (SEC) oder der Differenzdruck (DEP) über die Rückschlagklappe (COF) gemessen wird und eine erste Regelungseinheit (CON) derart angeschlossen und ausgebildet ist, dass die Öffnungsstellung des Spülleitungsventils (VPC) in Abhängigkeit von dem Druck (PEP) und/oder dem Differenzdruck (DEP) regelt.
Anordnung (ARR) nach Anspruch 3, wobei die Rückschlagklappe (COF) einen ersten Differenzdruck (DEP1) benötigt, um zu öffnen und die Regelungseinheit (CON) ausgebildet ist, dass der erste Differenzdruck (DEP1) nicht erreicht wird durch Zuspeisung des Spülfluids (PG).
Anordnung (ARR) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (ARR) einen Verdichter (CO), einen Prozessabschnitt (REA) und eines Expander (EXP) umfasst, wobei der Verdichter (CO) ein erstes Prozessfluid (PF1) verdichtet in den Prozessabschnitt derart befördert, wobei der Prozessabschnitt (REA) ein zweites Prozessfluid (PF2) in den Expander (EXP) mittels des Prozessfluidvolumens (PFV) einleitet, wobei das zweite Prozessfluid (PF2) chemisch korrosiver wird als das erste Prozessfluid (PF1) gegenüber dem Ventil (VAV).
Anordnung (ARR) nach Anspruch 5, wobei die Spülleitung (PCO) an den Verdichter (CO) derart angeschlossen ist, dass dieses verdichtetes erstes Prozessfluid (PF1) als Spülfluid (PG) führt.
Verfahren zum Betrieb einer Anordnung, insbesondere einer Anordnung (ARR) nach einem der Anspruche 1 bis 6, wobei die Anordnung (ARR) umfasst: – eine Leitung (CON), – ein Ventil (VAV), – eine Rückschlagklappe (COF) mit einer Durchlassrichtung in Richtung eines Prozessfluidvolumens (PFV), wobei die Rückschlagklappe (COF) in der Leitung (CON) zwischen dem Ventil (VAV) und dem Prozessfluidvolumen (PFV) fluidleitend verbunden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (SEC) zwischen dem Ventil (VAV) und der Rückschlagklappe (COF) bei geschlossener Rückschlagklappe (COF) mittels eines Spülfluids (PG) gespült wird.