DE3419159C1

DE3419159C1 - Entgaser

Info

Publication number: DE3419159C1
Application number: DE3419159A
Authority: DE
Inventors: Jörg 7500 Karlsruhe Reimann
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1984-05-23
Filing date: 1984-05-23
Publication date: 1986-01-30
Also published as: CA1234359A; US4614527A; GB2162084A; GB8509434D0; GB2162084B

Description

2. Entgaser nach Anspruch 1, bei dem

g) im Innenraum (13) des Behälters (12) unter dem Flüssigkeitsspiegel (15) um das Absaugrohr (4) herum ein Prallblech (21) angeordnet und

h) ein Schwimmer (17) vorgesehen ist, der mit seinem Ventilkopf (18) das Gasauslaßrohr (19) je nach Höhe des Flüssigkeitsstandes abdichtet, und bei dem

i) sich zwischen Flüssigkeitsspiegel (15) und Gasauslaßrohr (19) ein Tropfenabscheider (20) befindet.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entgaser nach dem Patentanspruch 1.

Gas/Flüssigkeits- bzw. Dampf/Flüssigkeitsströmungen in Rohren treten sehr häufig in technischen Anwendungen auf. In manchen Fällen ist es von großem Vorteil, den Gas- bzw. Dampfanteil wesentlich zu verringern.

Ein Beispiel dafür ist die Rohölförderung. Hier ist im geförderten Öl meist ein unerwünschter Anteil an Erdgasen enthalten, der den Rohrleitungsdruckverlust und damit die Förderleistung wesentlich erhöht. Außerdem können mechanische Belastungen der Rohrleitungen auftreten (Schwallströmung), die zum Versagen führen können.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit von Entgasern besteht bei Verdampfern. Bei der Verdampfung von Flüssigkeiten ist bei kleinem Dampfgehalt (Blasenströmung) der Wärmeübergang sehr viel besser als bei hohen Dampfgehalten (Ringströmung). Durch Einbau eines Entgasers, der den Dampfgehalt herabsetzt, kann somit die benötigte Heizfläche sowie die Pumpleistung verringert und damit der Wirkungsgrad der Anlage vergrößert werden.

Konventionell bekannte Gas/Flüssigkeitsseparatoren, wie Zyklone und Behälter mit großer Oberfläche

ίο etc., erfordern ein großes Bauvolumen, damit hohe Kosten und werden für diese Zwecke selten eingesetzt.

Aus der GB-OS 21 17 662 ist ein Entgaser für Flüssigkeitsströmungen in Rohrleitungen mit einem in diese einschaltbaren Rohrteilstück bekannt, bei welchem an das Rohrteilstück ein Abzweigrohr unter einem Winkel von 90° angeschlossen und oberhalb des Abzweigrohres ein Behälter mit einem Gasauslaßrohr am oberen Ende angebracht ist. Aus der CH-PS 5 89 462 ist ein weiterer Entgaser bekannt, bei dem ein oberhalb des Rohres angebrachter Behälter eine wesentlich größere Querschnittsfläche als das Rohr selbst aufweist.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, die Trenneigenschaften solcher Entgaser zu verbessern und dabei einen einfachen Entgaser möglichst geringen Bauvolumens zu schaffen, der eine verbesserte Separation von Gasen aus Flüssigkeitsströmen ermöglicht und der dabei lediglich einen geringen Druckverlust verursacht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die vorliegende

Erfindung die Merkmale vor, die im Patentanspruch 1 aufgeführt sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Entgasers wird durch die weiteren Merkmale erzielt, die im Patentanspruch 2 zusätzlich aufgeführt sind.

Durch den neuen Entgaser wird in vorteilhafter Weise ein Apparat mit durch das Absaugrohr verbessertem Trenneffekt geschaffen, der einerseits ein geringes Bauvolumen und andererseits dazu noph einen sehr kleinen Druckverlust aufweist Dadurch könnte z. B. die Wärmeaustauscherfläche eines Verdampfers verringert werden. Der Druckverlust des Entgasers im waagerechten Rohr ist praktisch vernachlässigbar klein, da sich der Druckanstieg nach Bernoulli und der Druckverlust durch die Gasblasenverwirbelung nahezu kompensieren. Der Reibungsdruckverlust in dem sich an den Entgaser anschließenden Rohrteilstück ist hingegen z. B.

um den Faktor 2 und mehr kleiner als stromauf des Entgasers.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden und anhand der F i g. 1 bis 5 näher erläutert. Es zeigt die

F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau des Entgasers im Schnitt, die

F i g. 2 einen Schnitt entlang AB der F i g. 1, die F i g. 3 die Wirkungsweise des Entgasers gemäß der Fig. 1, die

Fig.4 eine Gas-Flüssigkeitswellenströmung im Zustrom zu dem Entgaser und die

Fig.5 eine Strömung mit einzelnen Blasen im Abstrom des Entgasers in dem gleichen Maßstab. Der Entgaser gemäß der F i g. 1 ist auf bzw. an einem waagerechten Rohrteilstück 1 aufgebaut, welches in eine strömungsführende Leitung eingebaut ist, in der ein Gas/Dampf-Flüssigkeitsgemisch, z.B. mit Wasser, in Richtung 2 strömt. An das Rohrteilstück 1 ist ein Abzweigrohr 3 etwa gleichen Durchmessers schräg entgegen der Strömungsrichtung 2 angesetzt, dessen Neigungswinkel kleiner gleich 90° ist. An der geneigten Seite wird an der Berührungs- bzw. Abzweigstelle die Kante 6 gebildet. An der Innenseite 7 des Abzweigroh-

res 3 ist ein besonders geformtes Rücklaufblech 5 angebracht. Das Rücklaufblech 5, das in der F i g. 2 schräg von der Abströmseite her zu sehen ist, weist etwa die Form eines U auf, das mit seiner Außenseite senkrecht auf die Innenseite 7 des Abzweigrohres 3 geschweißt ist und dessen Schenkel 8 aus der Ebene des U nach unten an der Innenseite 7 entlang gekrümmt bis etwa zur Berührungsstelle 9 des Rohres 3 mit dem Rohrteilstück 1 verlaufen. Dabei laufen die Schenkel 8 spitz zu und bilden somit eine Leiteinrichtung für die Strömung an der Innenwand 7.

Das obere Ende 10 des Rücklaufbleches 5 liegt, von der Seite gesehen, etwa in der Ebene 24 der Einströmöffnung 11 eines Absaugrohres 4, welches aus einem Behälter 12 bzw. aus dessen Innenraum 13 nach unten in das Abzweigrohr 3 führt. Das Absaugrohr 4 kann jedoch auch außerhalb des Behälters 12 gelegen und durch dessen Wandung hindurch geführt sein. Im Behälter 12, der einen wesentlich größeren Durchmesser als die Rohre 1 und 3 aufweist und der über ein kegeliges Übergangsstück 14 an das Abzweigrohr 3 angeschlossen ist, bildet sich als Trennfläche des Gemisches der Flüssigkeitsspiegel 15 aus. Das Absaugrohr 4 ragt mit seiner Auslaßöffnung 16, die seitlich umgebogen sein kann, über den Flüssigkeitsspiegel 15 hinaus.

Auf diesem Flüssigkeitsspiegel 15 schwimmt ein Schwimmer 17, auf welchem ein Ventilkopf 18 befestigt ist. Der Ventilkopf 18 verschließt bei bestimmter Höhe des Flüssigkeitsspiegels 15 das durch die Behälterwand nach außen führende Gasauslaßrohr 19. Zwischen dem Flüssigkeitsspiegel 15 und dem Gasauslaßrohr 19 ist im Behälter 12 noch ein Tropfenabscheider 20 eingesetzt, der das Mitreißen von Flüssigkeitströpfchen in den Auslaß 19 verhindert. Schließlich ist noch in dem Gemisch bzw. unterhalb des Flüssigkeitsspiegels 15 ein Prallblech 21 um das Rohr 4 herum vorgesehen.

Die Wirkungsweise des Entgasers ist in der Fig.3 gezeigt:

Ist im Innenraum 13 des Behälters 12 der Druck geringfügig kleiner als im Rohrteilstück 1 stromauf des Entgasers, so wird ein Teil des Flüssigkeits-Gasgemisches in das Abzweigrohr 3 umgelenkt. Dabei ist aufgrund

a) der unterschiedlichen Dichten der Phasen (Massenträgheit)

b) einer in den meisten technischen Anwendungen vorhandenen gewissen Schichtung der Phasen in der Zuströmung

der in den Abzweig gelangende Gasmassenanteil X3 größer als der Gasmassenanteil X\ der Zuströmung jeweils beispielsweise in Prozent betrachtet. Beim Eintritt in den Abzweig 3 bildet sich ein großes Ablösegebiet 22 aus. Die Flüssigkeit, z. B. Wasser, hat das Bestreben, sich an der dem Ablösegebiet 22 gegenüberliegenden Seite 23 des Abzweigrohres 3 anzulegen. Dabei wird das Gas separiert. Das Absaugrohr 4 hat die Aufgabe, durch geeignete Lage seiner Eintrittsöffnung 11 Gas in diesem Bereich zu entnehmen. Der Auslauf bzw. die Auslaßöffnung 16 des Rohres 4 ist so ausgebildet, daß bei Wassermittriß das Wasser nicht auf den Tropfenabscheider 20 auf trifft, z. B. durch Anströmung senkrecht zur Achse des Behälters mit tangentialer Komponente.

Stromab des Querschnittes in der Ebene 24 der Einströmöffnung 11 wird die Strömung verzögert. Ein Teil des Wassers gelangt auf die gegenüberliegende Seite 25 der Wand und strömt im Bereich des Totwassers 26 nach unten.

Diese Rückführung des Wassers wird durch die Ausbildung eines günstigen Strömungskanales durch das besonders geformte Rücklaufblech 5 wesentlich gefördert. Durch dieses wird verhindert, daß das Rücklaufwasser wieder auf die Kante 6 trifft, an der die Gasblasen aus der Flüssigkeit abgerissen und hochgeführt werden. Um das zu verhindern, verschließt das obere Ende 10 des Bleches 5 den Spalt zwischen der Rohrmündung 11 und dem Wand teil 25 des Abzweigrohres 3. Die Strömungen würden sonst an der ungünstigsten Stelle aufeinandertreffen. Mit Hilfe des Bleches 5 wird somit das Rücklaufwasser auf die Seite geführt, an einen Bereich, in dem es nicht mit dem hochströmenden Wasser in Berührung kommt.

Dieses hochströmende Wasser mit einem verkleinerten Gasanteil wird im Bereich der kegeligen Erweiterung 14 stark verzögert, die restlichen Blasen 28 von den ursprünglichen Blasen 27 scheiden sich durch Auftrieb ab. Im Gasstrom im Innenraum 13 verbliebene kleinste Tröpfchen werden mit dem Tropfenabscheider 20 zur Behälterwand geführt und fließen nach unten zum Flüssigkeitsspiegel 15 hin ab.
Das Prallblech 21 hat die Aufgabe, zu verhindern, daß bei intermittierender Zuströmung Schwalle direkt auf den Tropfenabscheider 20 gelangen. Zur Einstellung des maximalen Gasvolumenstromes durch den Entgaser wird der Flüssigkeitsspiegel 15 durch eine Regelung, z. B. durch den vom Schwimmer gesteuerten Ventilkopf 18 an der Auslaßöffnung 16 auf eine konstante Höhe unterhalb des Tropfenabscheiders geregelt.
Zusammengefaßt ergeben sich zwei Trenneffekte:

1. Der eine Trenneffekt wird durch unterschiedliche Dichten bzw. eine Schichtung in der Strömung stromauf des Abzweiges bewirkt. Dadurch gelangt beim Eintritt mehr Gas als Flüssigkeit in das Abzweigrohr 3.

2. Der zweite Trenneffekt beruht darauf, daß durch das Absaugrohr 4 bevorzugt Gas über dem Totwasser 26 entnommen wird, d. h. über dem Umlenkpunkt der Strömung, an dem sich das Gas separiert, da das Totwassergebiet 26 direkt unter der Öffnung 11 des Rohres 4 liegt. Das rückwärts strömende Wasser kommt jedoch nicht mehr mit dem Totwasser 26 in Berührung.

In den Fig.4 und 5 sind Flüssigkeitszustände bzw. Strömungen vor und hinter einem optimierten Entgaser dargestellt, wobei in F i g. 4 im Zustrom zum Entgaser eine Wellenströmung dargestellt ist. Das Funktionsprinzip ist jedoch nicht auf diese Strömungsform beschränkt. Der Winkel des Abzweigrohres 3 betrug dabei 45°, dessen Durchmesser war gleich dem des Rohrteil-Stückes 1. Die Länge des Abzweigrohres war zweimal gleich seinem Durchmesser, die Höhe des Bleches 5 bzw. die Entfernung der Rohrmündung 11 von der Gegenseite 25 gleich V5 des Rohrdurchmessers und die Entfernung der Einströmöffnung 11 von der Strömungsmitte 2 einmal Rohrdurchmesser. Der Behälter 12 hatte einen Durchmesser von viermal und eine Höhe von sechsmal dem Rohrdurchmesser.

Die F i g. 5 zeigt den Strömungszustand stromab eines solchen Apparates. Es befinden sich einzelne Blasen im Abstrom, der Gasanteil ist gegenüber der Wellenströmung in der F i g. 4 wesentlich reduziert, die Gasgeschwindigkeit ist sehr viel kleiner. Dadurch ist der Reibungsdruckverlust in dieser Rohrstrecke um einige Fak-

toren kleiner als der in der Rohrstrecke gemäß der	Rohrteilstück	Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Fig. 4.	Strömungsrichtung bzw. -mitte
Bezugszeichenliste	Abzweigrohr
1	Absaugrohr
2	Rücklaufblech
3	Kante
4	Innenseite
5	Blechschenkel bzw. Spitzen
6	Berührungsstelle
7	oberes Ende
8	Einströmöffnung
9	Behälter
10	Innenraum
It	Übergangsstück
12	Flüssigkeitsspiegel
13	Auslaßöffnung
14	Schwimmer
15	Ventilkopf
16	Gasauslaßrohr
17	Tropfenabscheider
18	Prallblech
19	Ablösegebiet
20	Seite
21	Ebene
22	Gegenseite
23	Totwasser
24	Blasen
25	Blasen
26
27
28

10

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20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Entgaser zum Abtrennen von Gasen oder Dämpfen aus Gas/Flüssigkeits- bzw. Dampf/Flüssigkeitsströmungen in Rohrleitungen mit

a) einem in diese einschaltbaren Rohrteilstück, wobei

b) an das Rohrteilstück (1) ein Abzweigrohr (3) angeschlossen ist, das schräg gegen die Strömungsrichtung (2) unter einem Winkel kleiner gleich 90° gerichtet ist,

c) an bzw. oberhalb des Abzweigrohres (3) ein Behälter (12) mit wesentlich größerer Querschnittsfläche als die Rohre (1,3) über ein kegeliges Übergangsstück (14) angeschlossen ist, der an seinem oberen Ende ein Gasauslaßrohr (19) aufweist,

d) vom Innenraum (13) des Behälters (12) über dem Flüssigkeitsspiegel (15) ein Absaugrohr (4) mit seiner Ansaugöffnung (11) in das Abzweigrohr (3) oberhalb dessen Einmündung in das Rohrteilstück (1) führt,

e) im Abzweigrohr (3) ein U-förmiges Rücklaufblech (5) senkrecht auf der Innenfläche (7) des Rohres (3) angebracht ist, dessen Blechschenkel (8) im Abzweigrohr (3) nach unten in Richtung Rohrteilstück (1) gekrümmt verlaufen und

f) das obere Ende (10) des Rücklaufbleches (5) etwa in derselben Ebene wie die Einströmöffnung (11) des Absaugrohres (4) zwischen diesem und der Innenfläche (7) des Abzweigrohres (3) sitzt und den direkten Durchfluß zwischen beiden an der engsten Stelle sperrt.