Druckbegrenzer an einem Gas enthaltenden Behälter
Die Erfindung betrifft einen Druckbegrenzer an einem Gas enthaltenden Behälter. Bekannte Druckbegrenzer sprechen auf das Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwerts oder auf das Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwerts des Drucks im Gasraum dadurch an, dass sie eine Durchflussleitung vom Gasraum nach aussen freigeben und einen Druckausgleich gestatten.
Bekannte Druckbegrenzer bestehen im allgemeinen aus Ventilen mit durch Gewicht oder Feder belasteten Ventiltellern oder aus Platzmembranen. Diese eignen sich kaum für die Sicherung verhältnismässig geringen Drucks in Gasräumen und sprechen nicht sicher auf geringe Druckdifferenzen oder auf vorgegebene Drücke an, die nur wenig vom atmosphärischen Normaldruck abweichen. Insbesondere arbeiten die an sich sehr einfachen Platzmembranen als Sicherung nicht zuverlässig und müssen nach einmaligem Ansprechen sofort ersetzt werden. Die üblichen Sicherungsventile geben beim Ansprechen nur verhältnismässig geringe Durchflussquerschnitte frei, neigen zum sogenannten Flattern, sind sehr empfindlich gegen Schmutz, Staub und andere störende Einflüsse, ausserdem kompliziert und teuer im Aufbau.
Allen bekannten Druckbegrenzern ist der Nachteil gemeinsam, dass sie sich nicht kontinuierlich auf gewünschte Extremwerte von Gasüberdruck und Gasunterdruck als sogenannte Ansprechdrucke einstellen lassen und dass sie beim Ansprechen auf solche Drucke ihre Durchflussleitung schlagartig öffnen, anstatt den Durchflussquerschnitt der Leitung proportional zur Drucküberschreitung oder Druckunterschreitung frei zu geben.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile der bekannten Druckbegrenzer zu überwinden und einen Druckbegrenzer zu schaffen, der in niederen Druckbereichen sowohl beim Überschreiten eines Überdruckes vom Behälter Gas entweichen wie auch beim Unterschreiten eines Unterdruckes in einen Gas enthaltenden Behälter Luft eintreten lässt.
Derartige Aufgaben treten insbesondere im Zusammenhang mit Faulräumen auf, in denen Frischschlamm auf eine Temperatur von ca. 32oC erwärmt und anaerob abgebaut wird, wobei Faulwasser und Faulgas ausscheiden. Das Faulgas besteht aus etwa einem Drittel Kohlendioxyd und zwei Dritteln Methan und sammelt sich im sogenannten Faulraumkopf, in dem ein gewisser, wenn auch geringer Überdruck gegenüber atmosphärischem Umgebungsdruck aufrecht zu erhalten ist. Der Faulraum muss gegen das Entstehen eines zu hohen Überdruckes und bei der Schlammentnahme gegen das Entstehen eines zu hohen Unterdrucks abgesichert werden, womit das Problem verbunden ist, einen Druckbegrenzer so einfach zu gestalten dass seine Funktion nicht durch Schmutz und andere störende Einflüsse beeinträchtigt, aber doch auch im Ruhezustand ständig überwacht werden kann.
All diese Aufgaben werden nun mit dem erfindungsgemässen Druckbegrenzer an einem Gas enthaltenden Behälter gelöst, der sowohl beim Überschreiten eines Überdrucks vom Behälter Gas entweichen wie auch beim Unterschreiten eines Unterdrucks Luft eintreten lässt und dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen mit einer Überlaufstelle versehenen und Flüssigkeit enthaltenden Topf und ein in die Flüssigkeit hineinragendes, zum Verändern der Grösse des Überdruckes bzw.
des Unterdrucks höhenvestellbar angeordnetes Rohr aufweist, wobei entweder das Rohr oder der Topf mit dem Behälter in gasdichter Verbindung steht.
Um ein langsames und kontinuierliches Öffnen zu erreichen, kann man den unteren Rand mit einer von der Horizontalen abweichenden Begrenzungslinie versehen, man kann ihm also beispielsweise eine sägezahnartige Form geben.
Nachfolgend werden anhand einer Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben:
Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch einen im Deckel eines Faulraumes angeordneten Druckbegrenzer und
Fig. 2 eine Prinzipskizze für ein zweites Ausführungsbeispiel.
In der Fig. list mit 1 ein Deckel bezeichnet, der als Faulraumkopfdeckel einen als Faulraum dienenden, Gas enthaltenden Faulraum oder einen andern Behälter 20 abschliesst. An diesem Deckel list ein Topf 2 angeschweisst, der auf bestimmter Höhe am Umfang verteilt etwa gleiche Löcher 3 aufweist. Ein Stück oberhalb dieser Löcher 3 sind noch zusätzlich grössere Öffnungen 21 vorhanden. Der Topf 2 hängt also innerhalb des Faulraumkopfs, wo üblicherweise ein gegenüber der Atmosphäre leicht erhöhter Druck vorhanden ist.
In den Topf 7 ragt ein weites, kreiszylindrisches Rohr 4, das durch den Deckel 1 nach aussen führt und dessen Aussenwand über eine Dichtungspackung gasdicht an den Deckel 1 anschliesst. Die Dichtungspackung besteht im wesentlichen aus einem Dichtungsring 5, einem Pressring 6 und aus einer Reihe am Umfang des Rohrs gleichmässig verteilten Schraubverbindungen 7 zwischen Pressring und Deckel. Das Rohr 4 hängt an Stegen 8, die ihrerseits an einer Abdeckung 9 angeschweisst sind. Die Abdeckung 9 bildet ein Schutzdach über der oberen Öffnung des Rohrs 4, weist aber eine Öffnung 10 auf, durch die Wasser in das Rohr geleitet oder ein Messtab eingeführt werden kann. In der Mitte der Abdeckung befindet sich eine Bohrung und darüber eine an die Abdeckung angeschweisste Mutter 11. die auf einer Gewindestange 13 sitzt.
Die Gewindestange reicht bis zum Boden des Topfes 2, wo sie in einem durch einen aufgeschweissten Ring 13 gebildeten Sackloch steht. Das Rohr stützt sich demnach über die Gewindestange im Sackloch am Boden des Topfes 7 ab. Die Höhe des Rohres über dem Boden des Behälters lässt sich durch Drehen der Gewindestange gegenüber der Mutter 11 kontinuierlich verstellen.
Der untere Rand des Rohres 4 weist eine von der Horizontalen abweichende Begrenzungslinie auf: Er ist mit Zähnen 14 versehen, so dass er bei bestimmten Flüssigkeitsständen nur teilweise in der Flüssigkeit steht.
Vor der Inbetriebnahme des Faulraumes wird durch die Öffnung 10 in der Abdeckung 9 Wasser in das Rohr 4 eingefüllt, das im Topf 2 bis zum unteren Rand der den Überlauf bildenden Öffnungen 3 ansteigt und so den Faulraum von der Atmosphäre abschliesst. Zuviel eingefülltes Wasser läuft in den Faulraum. Der sich einstellende Flüssigkeitspegel ist in der Zeichnung mit 15 bezeichnet.
Während des Betriebes scheidet sich Faulgas aus dem Frischschlamm im Faulraum aus und sammelt sich im Faulraumkopf. Von dort wird das Faulgas abgeführt, jedoch ein gewisser Betriebsdruck im Faulraum aufrechterhalten. Unter dem Einfluss des Betriebsdrucks wird ein Teil des Wassers im Topf 7 ausserhalb des Rohres verdrängt und in das Innere des Rohres 4 gedrückt, so, dass der Pegelstand des Wassers im Rohr 4 ansteigt. Unter normalem Betriebsdruck erreicht der Wasserpegel im Inneren des Rohres etwa die Höhe, die als Betriebsdruckpegel in der Zeichnung mit 16 bezeichnet ist.
Die Differenz zwischen dem inneren Pegelstand im Rohr und dem äusseren Pegelstand im Behälter zwischen Rohrwand und Behälterwand entspricht dem Gasdruck im Faulraumkopf.
Steigt nun der Gasdruck im Faulraumkopf über den normalen Betriebsdruck an, so fällt der äussere Wasserpegel im Behälter weiter ab, während der innere Wasserpegel innerhalb des Rohres ansteigt. Dabei erreicht der äussere Wasserpegel den Grund der Zähne 14 und löst sich bei weiterem Absinken kontinuierlich von dem unteren Rand des Rohres ab. Mit dem kontinuierlichen Ablösen wird dem Gas eine kontinuierlich sich vergrössernde Durchflussleitung vom Faulraumkopf nach aussen freigegeben. Das Gas dringt über den von äusseren Wasserpegel freigegebenen Teil des unteren Randes zwischen den Zähnen 14 in das Rohr 4 ein und entweicht nach oben. Zu Beginn des Öffnens der beschriebenen Durchflussleitung herrscht im Faulraumkopf der sogenannte Abblasdruck, der dem hydrostatischen Druck am Grund der Zähne 14 entspricht.
Der äussere Wasserpegel im Topf 2 bei Abblasdruck ist in der Zeichnung mit 17, der innere Wasserpegel mit 18 bezeichnet.
Die hydrostatisch wirksame Höhendifferenz zwischen den Wasserpegeln 17 und 18 lässt sich durch Verstellen des Rohres 4 gegenüber dem Topf 2 verändern und so der gewünschte
Abblasdruck einstellen. Da die Höhenverstellung des Rohres von aussen und kontinuierlich möglich ist, lässt sich während des Betriebes der zulässige Betriebsdruck jederzeit wunschgemäss ändern. An der Aussenwand des Rohres über dem Faulraumkopf befindet sich eine Skala 19, die über die Tauchtiefe des Rohres im Behälter Auskunft gibt und in Längeneinheiten der hydrostatisch wirksamen Wassersäule bei Abblasdruck geeicht ist.
Fällt bei der Schlamm-Entnahme, also beim Absaugen des Schlammes der Gasdruck im Faulraumkopf unter den Normaldruck der Aussenatmosphäre, so drückt die Umgebungsluft den inneren Wasserpegel im Rohr 4 unter den äusseren Wasserpegel im Topf 2, und, wenn die Druckdifferenz gross genug ist, so lange, bis der innere Wasserpegel den Grund der Zähne 14 erreicht und der Aussenluft den Durchtritt in den äusseren Teil des Behälters und über die Öffnungen 3 in das Innere des Faulraumkopfes freigibt. Es tritt dabei Wasser bei den Löchern 3 aus, wodurch der ursprünglich eingestellte Normalpegelstand natürlich nicht mehr erreicht wird, wenn das Gas im Faulraum wieder seinen ursprünglichen Druck annimmt.
Diese Änderung kann jedoch durch eine entsprechende Höhenverstellung des Rohres l kompensiert werden, wonach dann wieder die alten Extremwerte eingestellt sind. Die notwendige Druckdifferenz für den Einbruch der Aussenluft in den Faulraumkopf ist durch die lotrechte Komponente des Abstandes zwischen unterem Rand der Öffnungen 3 und Zahngrund am unteren Rand des Rohres 4 bestimmt. Wie man ohne weiteres erkennen kann, ist der einstellbare Überdruck dann gleich dem Doppelten des einstellbaren Unterdruckes, wenn die Fläche des Innenquerschnittes des Rohres 4 gleich gross ist wie die Oberfläche des durch den Topf 2 und dem Rohr 4 begrenzten Kreisringes. Durch die Wahl eines bestimmten Radienverhältnisses lassen sich für den Über- und den Unterdruck verschiedene Ansprechgrenzen wählen.
Wie die Fig. 2 rein schematisch zeigt, ist es ohne weiteres möglich, den vorstehend beschriebenen Druckbegrenzer auch etwas anders auszugestalten. Man kann den Topf 22, der dem mit 7 bezeichneten Topf des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, ausserhalb des Faulraumes 23, dessen Innendruck zu überwachen ist, anordnen und das Innere des Rohres 24 mit dem Behälterinnern verbinden. Ob man in diesem Fall die Mündung des Rohres 24 oder den Topf 22 verschiebbar anordnet, hängt von den konstruktiven Gegebenheiten ab. Bei dieser Anordnung bleiben die eingestellten Extremwerte bei Ausregelung eines im Faulraum auftretenden Unterdrucks konstant, wogegen sich das ursprüngliche Normalniveau nach Ausregelung eines Überdruckes verschiebt.
Drei Vorteile zweckmässiger Ausführungsformen des neuen Druckbegrenzers verdienen besondere Beachtung, und zwar:
1. Der neue Druckbegrenzer ist sehr einfach im Aufbau und demgemäss bestriebssicher. Durch Überprüfung der Wasserstände mittels eines Messtabes oder eines Schwimmers lässt sich die Funktionsweise ständig überwachen.
2. Die Drücke, bei denen der Druckbegrenzer einen Gasweg zwischen Faulraumkopf und Aussenatmosphäre freigeben soll, sind genau und in einer kontinuierlichen Reihe auch während des Betriebs der Gesamtanlage einstellbar.
3. Bei ansteigender Differenz zwischen atmosphärischem Aussendruck und Innendruck im Faulraumkopf gibt der Druckbegrenzer eine kontinuierlich grösser werdende Durchflussleitung zwischen Faulraumkopf und A ussenatmosphäre frei, so, dass bezüglich des Innendrucks keine harten Regelungsstösse auftreten.