DE202021002439U1 - compressor - Google Patents
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Abstract
Verdichter; insbesondere Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage, insbesondere einer zur Durchführung eines Hauptluftverdichter/Nachverdichter-Verfahrens eingerichteten Luftzerlegungsanlage, mit einem Auslass (100) zur Abgabe eines verdichteten Gases, wobei der Auslass zwei oder mehr koaxial ineinander angeordnete Rohre aufweist, durch die das verdichtete Gas geführt werden kann, wobei die zwei oder mehr koaxial ineinander angeordnete Rohre durch längs des Auslasses verlaufende Strebebleche verbunden sind. Compressor; In particular the main air compressor of an air separation plant, in particular an air separation plant set up to carry out a main air compressor / booster process, with an outlet (100) for discharging a compressed gas, the outlet having two or more tubes arranged coaxially into one another through which the compressed gas can be guided wherein the two or more coaxially nested tubes are connected by bracing plates extending along the outlet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere einen Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage.The present invention relates to a compressor, in particular a main air compressor of an air separation plant.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Die Herstellung von Luftprodukten in flüssigem oder gasförmigem Zustand durch Tieftemperaturzerlegung von Luft in Luftzerlegungsanlagen ist bekannt und beispielsweise bei H.-W. Häring (Hrsg.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, insbesondere Abschnitt 2.2.5, „Cryogenic Rectification“, beschrieben.The production of air products in the liquid or gaseous state by the low-temperature decomposition of air in air separation plants is known and is described, for example, by H.-W. Häring (Ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, in particular Section 2.2.5, “Cryogenic Rectification”.
Luftzerlegungsanlagen klassischer Art weisen Kolonnensysteme auf, die beispielsweise als Zweikolonnensysteme, insbesondere als Doppelkolonnensysteme, aber auch als Drei- oder Mehrkolonnensysteme ausgebildet sein können. Neben Rektifikationskolonnen zur Gewinnung von Stickstoff und/oder Sauerstoff in flüssigem und/oder gasförmigem Zustand, also Rektifikationskolonnen zur Stickstoff-Sauerstoff-Trennung, können Rektifikationskolonnen zur Gewinnung weiterer Luftkomponenten, insbesondere von Edelgasen, vorgesehen sein.Air separation plants of the classic type have column systems that can be designed, for example, as two-column systems, in particular as double-column systems, but also as three- or multi-column systems. In addition to rectification columns for obtaining nitrogen and / or oxygen in the liquid and / or gaseous state, i.e. rectification columns for nitrogen-oxygen separation, rectification columns can be provided for obtaining further air components, in particular noble gases.
Die Rektifikationskolonnen der genannten Kolonnensysteme werden auf unterschiedlichen Druckniveaus betrieben. Bekannte Doppelkolonnensysteme weisen eine sogenannte Druckkolonne (auch als Hochdruckkolonne, Mitteldruckkolonne oder untere Kolonne bezeichnet) und eine sogenannte Niederdruckkolonne (obere Kolonne) auf. Die Hochdruckkolonne wird typischerweise auf einem Druckniveau von 4 bis 7 bar, insbesondere ca. 5,6 bar, betrieben, die Niederdruckkolonne dagegen auf einem Druckniveau von typischerweise 1 bis 2 bar, insbesondere ca. 1,4 bar. In bestimmten Fällen können in beiden Rektifikationskolonnen auch höhere Druckniveaus eingesetzt werden. Bei den hier und nachfolgend angegebenen Drücken handelt es sich um Absolutdrücke am Kopf der jeweils angegebenen Kolonnen.The rectification columns of the column systems mentioned are operated at different pressure levels. Known double column systems have a so-called pressure column (also referred to as a high pressure column, medium pressure column or lower column) and a so-called low pressure column (upper column). The high pressure column is typically operated at a pressure level of 4 to 7 bar, in particular approx. 5.6 bar, whereas the low pressure column is operated at a pressure level of typically 1 to 2 bar, in particular approx. 1.4 bar. In certain cases, higher pressure levels can also be used in both rectification columns. The pressures given here and below are absolute pressures at the head of the respective columns given.
Zur Luftzerlegung können sogenannte Haupt(luft)verdichter/Nachverdichter-(Main Air Compressor/Booster Air Compressor-, MAC-BAC-)Verfahren oder sogenannte Hochluftdruck-(High Air Pressure-, HAP-)Verfahren eingesetzt werden. Bei den Hauptluftverdichter/Nachverdichter-Verfahren handelt es sich um die eher konventionelleren Verfahren, Hochluftdruck-Verfahren kommen zunehmend in jüngerer Zeit als Alternativen zum Einsatz.So-called main (air) compressors / booster air compressors (MAC-BAC) processes or so-called high air pressure (HAP) processes can be used for air separation. The main air compressor / booster methods are the more conventional methods; high air pressure methods have been used more and more recently as alternatives.
Hauptluftverdichter/Nachverdichter-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass nur ein Teil der dem Kolonnensystem insgesamt zugeführten Einsatzluftmenge auf ein Druckniveau verdichtet wird, das wesentlich, d.h. um mindestens 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar, oberhalb des Druckniveaus der Druckkolonne, und damit dem höchsten in dem Kolonnensystem verwendeten Druckniveau, liegt. Ein weiterer Teil der Einsatzluftmenge wird lediglich auf das Druckniveau der Druckkolonne oder ein Druckniveau, das sich um nicht mehr als 1 bis 2 bar hiervon unterscheidet, verdichtet, und auf diesem ohne Entspannung in die Druckkolonne eingespeist. Ein Beispiel für ein derartiges Hauptluftverdichter/Nachverdichter-Verfahren ist bei Häring (s.o.) in
Bei einem Hochluftdruck-Verfahren wird hingegen die gesamte dem Kolonnensystem insgesamt zugeführte Einsatzluftmenge auf ein Druckniveau verdichtet, das wesentlich, d.h. um 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10 bar oberhalb des Druckniveaus der Druckkolonne und damit dem höchsten in dem Kolonnensystem verwendeten Druckniveau, liegt. Der Druckunterschied kann beispielsweise bis zu 14, 16, 18 oder 20 bar betragen. Hochluftdruck-Verfahren sind vielfach beschrieben worden und beispielsweise aus der
Zu den in Luftzerlegungsanlagen eingesetzten Vorrichtungen bzw. Apparaten sei auf Fachliteratur wie Häring (s.o.), insbesondere Abschnitt 2.2.5.6, „Apparatus“ verwiesen. Nachfolgend werden zur Verdeutlichung und klareren Abgrenzung einige Aspekte entsprechender Vorrichtungen näher erläutert.Regarding the devices or apparatus used in air separation plants, reference is made to specialist literature such as Häring (see above), in particular Section 2.2.5.6, "Apparatus". In the following, some aspects of corresponding devices are explained in more detail for clarification and clearer delimitation.
In Luftzerlegungsanlagen kommen zur Verdichtung der gesamten zerlegten Luft mehrstufige Turboverdichter zum Einsatz, die hier als „Hauptluftverdichter“ oder kurz als „Hauptverdichter“ bezeichnet werden. Der mechanische Aufbau von Turboverdichtern ist dem Fachmann grundsätzlich bekannt. In einem Turboverdichter erfolgt die Verdichtung des zu verdichtenden Mediums mittels Turbinenschaufeln bzw. Impellern, die auf einem Turbinenrad oder direkt auf einer Welle angeordnet sind. Ein Turboverdichter bildet dabei eine bauliche Einheit, die jedoch bei einem mehrstufigen Turboverdichter mehrere Verdichterstufen aufweisen kann. Eine Verdichterstufe umfasst dabei in der Regel ein Turbinenrad oder eine entsprechende Anordnung von Turbinenschaufeln. Alle diese Verdichterstufen können von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Verdichterstufen gruppenweise mit unterschiedlichen Wellen anzutreiben, wobei die Wellen auch über Getriebe miteinander verbunden sein können.In air separation plants, multi-stage turbo compressors are used to compress all of the separated air, which are referred to here as “main air compressors” or “main compressors” for short. The mechanical structure of turbo compressors is fundamentally known to the person skilled in the art. In a turbo compressor, the medium to be compressed is compressed by means of turbine blades or impellers, which are arranged on a turbine wheel or directly on a shaft. A turbo compressor forms a structural unit, which, however, can have several compressor stages in a multi-stage turbo compressor. A compressor stage usually comprises a turbine wheel or a corresponding arrangement of turbine blades. All of these compressor stages can be driven by a common shaft. However, provision can also be made for the compressor stages to be driven in groups with different shafts, it also being possible for the shafts to be connected to one another via gears.
Der Hauptluftverdichter zeichnet sich dadurch aus, dass durch diesen die gesamte in das Kolonnensystem eingespeiste und zur Herstellung von Luftprodukten verwendete und zerlegte Luftmenge, also die gesamte Einsatzluft, verdichtet wird. Entsprechend kann auch ein „Nachverdichter“ vorgesehen sein, in dem aber nur ein Teil der im Hauptluftverdichter verdichteten Luftmenge auf einen nochmals höheren Druck gebracht wird. Auch dieser kann als Turboverdichter ausgebildet sein. Zur Verdichtung von Teilluftmengen sind typischerweise weitere Turboverdichter vorgesehen, die auch als Booster bezeichnet werden, im Vergleich zu dem Hauptluftverdichter oder dem Nachverdichter jedoch nur eine Verdichtung in relativ geringem Umfang vornehmen. Auch in einem Hochluftdruck-Verfahren kann ein Nachverdichter vorhanden sein, dieser verdichtet jedoch eine Teilmenge der Luft dann ausgehend von einem entsprechend höheren Druckniveau.The main air compressor is characterized by the fact that it compresses the entire amount of air fed into the column system and used and broken down for the production of air products, i.e. the entire feed air. A "booster" can also be used accordingly be provided, in which, however, only part of the amount of air compressed in the main air compressor is brought to an even higher pressure. This can also be designed as a turbo compressor. For the compression of partial amounts of air, further turbo compressors are typically provided, which are also referred to as boosters, but only perform compression to a relatively small extent compared to the main air compressor or the booster. A booster can also be present in a high-air pressure process, but this compresses a portion of the air starting from a correspondingly higher pressure level.
Wenngleich die vorliegende Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf einen Verdichter, insbesondere einen Hauptluftverdichter, beschrieben wird, eignet sie sich in gleicher Weise für andere Verdichter, insbesondere Verdichter, in denen große Gasmengen in vergleichbarer Weise verdichtet werden.Although the present invention is described below with reference to a compressor, in particular a main air compressor, it is equally suitable for other compressors, in particular compressors in which large amounts of gas are compressed in a comparable manner.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Betrieb entsprechender Verdichter zu verbessern und zuverlässiger zu gestalten.The object of the invention is to improve the operation of corresponding compressors and make them more reliable.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter, insbesondere einen Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage, mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a compressor, in particular a main air compressor of an air separation plant, with the features of the main claim. Advantageous embodiments of the present invention are in particular the subject of the following description.
Die Erfindung schlägt einen Verdichter, insbesondere Hauptluftverdichter einer Luftzerlegungsanlage, insbesondere einer zur Durchführung eines Hauptluftverdichter/Nachverdichter-Verfahrens eingerichteten Luftzerlegungsanlage, vor, der einen Auslass zur Abgabe eines verdichteten Gases aufweist, wobei der Auslass zwei oder mehr koaxial ineinander angeordnete Rohre aufweist, durch die das verdichtete Gas geführt werden kann, wobei die koaxial ineinander angeordneten Rohre durch längs des Auslasses verlaufende Strebebleche verbunden sind.The invention proposes a compressor, in particular a main air compressor of an air separation plant, in particular an air separation plant set up to carry out a main air compressor / booster process, which has an outlet for discharging a compressed gas, the outlet having two or more pipes arranged coaxially into one another through which the compressed gas can be guided, wherein the tubes, which are arranged coaxially one inside the other, are connected by strut plates running along the outlet.
Während die Austrittsleitungen von entsprechenden Verdichtern, insbesondere in der erläuterten Anwendung, üblicherweise konventionelle Rohre ohne Einbauten aufweisen, um etwaige Turbulenzen die durch Anregungen auf der Gasseite (z.B. sogenannte Guide Vane Passing Frequencies) oder Drall im Strömungsfeld zu glätten, sieht die Erfindung entsprechende Einbauten vor.While the outlet lines of corresponding compressors, in particular in the application explained, usually have conventional pipes without internals in order to smooth out any turbulence caused by excitations on the gas side (e.g. so-called guide vane passing frequencies) or swirl in the flow field, the invention provides corresponding internals .
Die Erfindungsmeldung beruht auf der Erkenntnis, dass bei Hauptluftverdichtern an der Austrittsleitung Schäden in Form von Rissen an der Zylinderwand der Austrittsrohrleitung auftreten können. Eine Abhilfemaßnahme in Form der Einbringung eines Versteifungskreuzes im konischen Teil (Diffusor) der Austrittsleitung hat sich in bestimmten Fällen nicht als ausreichend stabil erwiesen.The disclosure of the invention is based on the knowledge that damage in the form of cracks on the cylinder wall of the outlet pipeline can occur in main air compressors on the outlet line. A remedial measure in the form of the introduction of a stiffening cross in the conical part (diffuser) of the outlet line has not proven to be sufficiently stable in certain cases.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung führt zu einer verbesserten Konstruktion, die insbesondere hinsichtlich
- • der Versteifung
- • der Ausrichtung der Strömung (Drallverhinderung)
- • der Anregbarkeit bezüglich mechanischer Schwingungen (Resonanz)
- • der Anregbarkeit bezüglich akustischer Schwingungen (stehende Wellen)
- • the stiffening
- • the direction of the flow (swirl prevention)
- • the excitability with regard to mechanical vibrations (resonance)
- • the excitability with regard to acoustic vibrations (standing waves)
Ein einfaches Aussteifen mit Blechen richtet zwar die Strömung aus, Steifigkeitssprünge an den Einbindungsstellen stellen jedoch Kerben dar, die die Rohrflexibilität behindern und so zu Anrissen führen können.A simple stiffening with sheet metal aligns the flow, but stiffness jumps at the connection points represent notches that hinder the pipe flexibility and can thus lead to cracks.
Durch Einbringen eines Rohres (Innenrohr), d.h. die Verwendung von zwei oder mehr koaxial ineinander angeordneten Rohren mit mehreren radialen Strebeblechen (z.B. mehr als drei, insbesondere vier wie in den Figuren gezeigt, aber nicht hierauf beschränkt) in das Austrittsrohe des Verdichtern ergeben sich mehrere Vorteile, die nachfolgend vereinfachend unter Bezugnahme auf ein Innenrohr angegeben sind. Alle hier zusätzlich genannten Ausgestaltungen können, einzeln oder in Kombination, auch in der vorliegenden Erfindung realisiert sein.
- • Das Innenrohr bewirkt mit den radialen Strebeblechen die Verhinderung des Dralls der Strömung des verdichteten Gases
- • Das Innenrohr kann insbesondere eine Formgebung wie beispielsweise eine Ovalisierung ein „Atmen“ des Austrittsrohres kompensieren
- • Die Anregbarkeit der radialen Strebebleche ist durch deren Verkürzung zu deutlich höheren Frequenzen verschoben
- • Durch eine leichte Neigung des Innenrohres können akustische Wellen - longitudinal oder radial - behindert werden.
- • The inner tube with the radial bracing plates prevents the twisting of the flow of the compressed gas
- • The inner tube can, in particular, have a shape such as, for example, ovalization to compensate for “breathing” of the outlet tube
- • The ability of the radial bracing plates to be excited is shifted to significantly higher frequencies due to their shortening
- • A slight incline of the inner tube can hinder acoustic waves - longitudinally or radially.
Die Erfindung kann entsprechenden Anforderungen durch eine Anpassung der genannten Merkmale Rechnung tragen. Ein einfaches Aussteifen mit Blechen gemäß dem Stand der Technik richtet zwar die Strömung aus, Steifigkeitssprünge an den Einbindungsstellen stellen jedoch Kerben dar, die die Rohrflexibilität behindern und so zu Anrissen führen können.The invention can take corresponding requirements into account by adapting the features mentioned. A simple stiffening with metal sheets according to the prior art aligns the flow, but stiffness jumps at the connection points represent notches that the Impair pipe flexibility and thus lead to cracks.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung beruht auf der Einbringung des Innenrohres. Auch mehrere konzentrische Innenrohre sind verwendbar, wie erwähnt. Dadurch ist eine deutliche Verbesserung der Anregbarkeit gegen mechanische oder akustische Schwingungen zu erwarten. Durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung lassen sich die zuvor erwähnten Schäden vermeiden.The main advantage of the invention is based on the introduction of the inner tube. Several concentric inner tubes can also be used, as mentioned. As a result, a clear improvement in the excitability against mechanical or acoustic vibrations can be expected. By employing the present invention, the aforementioned damage can be avoided.
Insbesondere durch eine ermüdungsgerechte Ausführung der Schweißverbindungen kann die Stabilität der erfindungsgemäßen Anordnung erhöht werden.In particular, the stability of the arrangement according to the invention can be increased by making the welded connections suitable for fatigue.
Gegebenenfalls kann die vorliegende Erfindung auch in anderen Bereichen von pulsierenden oder anregenden Gasströmen im Anlagenbau eingesetzt werden, beispielsweise bei Kolbenverdichtern.If necessary, the present invention can also be used in other areas of pulsating or stimulating gas flows in plant construction, for example in reciprocating compressors.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die die Aspekte bevorzugter Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings, which illustrate the aspects of preferred embodiments of the present invention.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt einen Auslass eines Hauptluftverdichters einer Luftzerlegungsanlage in einer vereinfachten schematischen Draufsicht.1 shows an outlet of a main air compressor of an air separation plant in a simplified schematic plan view. -
2 zeigt einen Auslass eines Verdichters gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in einer vereinfachten Querschnittsansicht.2 shows an outlet of a compressor according to an embodiment of the invention in a simplified cross-sectional view. -
3 zeigt eine Anbindung eines Strebeblechs an ein Außenrohr eines Auslasses eines Verdichters gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung in Teildarstellung.3 shows a connection of a strut plate to an outer tube of an outlet of a compressor according to an embodiment of the invention in a partial representation.
In den Figuren sind jeweils gleiche oder vergleichbare Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben und werden der Übersichtlichkeit halber nicht wiederholt erläutert. Anlagenkomponenten können jeweils auch für entsprechende Verfahrensschritte stehen, so dass die nachfolgenden Erläuterungen zu den Luftzerlegungsanlagen auch entsprechende Verfahren betreffen.In the figures, identical or comparable elements are indicated with identical reference symbols and are not explained repeatedly for the sake of clarity. System components can each also stand for corresponding process steps, so that the following explanations of the air separation systems also relate to corresponding processes.
Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings
Wie aus
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 2980514 A1 [0007]EP 2980514 A1 [0007]
- EP 2963367 A1 [0007]EP 2963367 A1 [0007]
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- 2021-07-17 DE DE202021002439.5U patent/DE202021002439U1/en active Active
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |