DD277378A3 - Method and apparatus for the expansion of steam-gas mixtures for analysis purposes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kondensatfreien Entspannung von ueberhitzten Dampf-Gas-Gemischen fuer Analysenzwecke insbesondere fuer die quantitative Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Vergasungsmittelmischungen. Ziel ist die Bereitstellung eines unverfaelschten Analysengases ohne zusaetzliche technische Aufwendungen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ueberhitzte Dampf-Gas-Gemische kondensatfrei zu entspannen und kondensatfrei fuer die Analyse bereitzustellen. Erfindungsgemaess wird das Dampf-Gas-Gemisch bei der im Druckraum herrschenden Temperatur kondensatfrei auf Normaldruck entspannt und durch indirekte Waermezufuhr von dem im Druckraum stroemenden Dampf-Gas-Gemisch wieder aufgeheizt. Der Entspannungsquerschnitt des Drosselelementes ist so bemessen, dass das Dampf-Gas-Gemisch mit einer Temperatur von mindestens 20 K oberhalb des Wasserdampftaupunktes bei Normaldruck zur Analyse ansteht. Erfindungsgemaess bildet eine Kapillardrossel den Abschluss eines in die Rohrleitung ragenden Rohrstutzens, dessen offenes Ende mit dem Niederdrucksystem ueber ein Absperrventil verbunden und der gegen die Horizontale geneigt angeordnet ist. FigurThe invention relates to a method and apparatus for condensate-free expansion of superheated steam-gas mixtures for analysis purposes, in particular for the quantitative determination of the oxygen content in gas mixtures. The aim is to provide an unadulterated analysis gas without additional technical expenses. The invention has for its object to relax superheated steam-gas mixtures condensate-free and provide condensate-free for analysis. According to the invention, the vapor-gas mixture at the temperature prevailing in the pressure chamber is condensate-free to atmospheric pressure and heated by indirect heat supply from the steam-gas mixture flowing in the pressure chamber again. The expansion cross-section of the throttle element is dimensioned so that the vapor-gas mixture is at a temperature of at least 20 K above the Wasserdampftaupunktes at atmospheric pressure for analysis. According to the invention, a capillary restrictor forms the end of a pipe socket projecting into the pipe, the open end of which is connected to the low-pressure system via a shut-off valve and which is inclined relative to the horizontal. figure
Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entspannung von überhitzten Dampf-Gas-Gemischen für Analysenzwecke, insbesondere für die quantitative Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Vergasungsmittelmischungen.The invention relates to a method and a device for the expansion of superheated steam-gas mixtures for analysis purposes, in particular for the quantitative determination of the oxygen content in gasification mixtures.
Unter Druck stehende Gas-Dampf-Gemische müssen für Analysenzwecke meist auf Normaldruck entspannt werden. Dazu wird das Gemisch über einen außenliegenden Gasentnahmestutzen aus der tachnischen Rohrleitung bzw. dem Apparat entnommen und mit einem oder mehreren nachgeschalteten Drosselorganen, wie z. B. Reduzierventile, Drosselventile oder Kapillardrosseln in der gewünschten Menge bei Normaldruck bereitgestellt. Da die zur Messung benötigten Gasmengen gering sind, kühlt sich das Gas bereits auf dem Weg bis zum Drosselorgan normalerweise soweit ab, daß der Taupunkt insbesondere bei hohen Wasserdampfpartialdrücken und Drücken unterschritten wird und Wasser auskondensiert. Je nach Anordnung des Gasentnahmestutzens strömt das kondensierte Wasser entweder in die technische Rohrleitung zurück oder gemeinsam mit weiterem nachkondensierendem Wasser über das Drosselorgan in das Analysengas. Dementsprechend stellen sich zu hohe oder zu niedrige Gasgehalte im Analysengas ein, wodurch die Bestimmung des Gasgehaltes verfälscht wird. Dieses Problem tritt insbesondere bei der Kontrollmessung der Zusammensetzung des Vergasungsmittels der Festbettdruckvergasung mit Hiife der Kondensationsmethode auf. Das Vergasungsmittel, das zu etwa 88-92VoI.-% aus Dampf und etwa 8-12 Vol.-% aus technischem Sauerstoff besteht und mit etwa 2,7 MPa und 250 bis 35O0C anliegt, wird in einer Menge von etwa 0,5 bis 1 m3iN /h auf Normaldruck entspannt und mit Kühlwasser indirekt gekühlt. Durch Messung der Wassermenge und des Sauerstoffvolumens in einer bestimmten Zeiteinheit wird die Gaszusammensetzung bestimmt und mit den betriebsmäßigen Werten der Blendenmessung von Dampf und technischem Sauerstoff verglichen. Die Fehler, die sich bei Anwendung der Kondensationsmethode herausstellen, sind jedoch so groß, daß eine Kontrolle der Blendenmessung nicht möglich ist.Pressurized gas-vapor mixtures usually have to be depressurized to normal pressure for analysis purposes. For this purpose, the mixture is removed via an external gas sampling nozzle from the Tachnian pipe or the apparatus and with one or more downstream throttle bodies, such as. B. reducing valves, throttle valves or capillary throttles provided in the desired amount at atmospheric pressure. Since the gas quantities required for the measurement are low, the gas already on the way to the throttle body normally cools down so far that the dew point is undershot, especially at high Wasserdampfpartialdrücken and pressures and water condenses out. Depending on the arrangement of the gas sampling nozzle, the condensed water flows either back into the technical pipeline or together with further nachkondensierendem water through the throttle body in the analysis gas. Accordingly, too high or too low gas contents in the analysis gas, whereby the determination of the gas content is falsified. This problem occurs especially in the control measurement of the composition of the gasification agent of the fixed bed pressure gasification with Hiife the condensation method. The gasification agent, which consists of about 88-92VoI .-% of steam and about 8-12 vol .-% of technical oxygen and is present at about 2.7 MPa and 250 to 35O 0 C, is in an amount of about 0, 5 to 1 m 3 i N / h relaxed to atmospheric pressure and cooled indirectly with cooling water. By measuring the amount of water and the volume of oxygen in a given unit of time, the composition of the gas is determined and compared with the operational values of the aperture measurement of steam and technical oxygen. However, the errors that arise when using the condensation method, but are so large that a control of the aperture measurement is not possible.
Die Fehlerursachen wurden primär bei der Mengen- bzw. Volumenmessung gesehen, ohne dem Problem der Wasserdampfkondensation vor der Entspannung die notwendige Aufmerksamkeit zu widmen.The causes of the errors were primarily seen in the volume or volume measurement, without paying attention to the problem of water vapor condensation before the relaxation.
Die bekannten technischen Lösungen zur Vermeidung der vorzeitigen Kondensation sind Maßnahmen zur Wärmeisolation oder zur zusätzlichen Beheizung der Entnahmevorrichtung. Diese Maßnahmen sind vor allem bei der Entspannung geringer Dampf-Gas-Mengen entweder nicht zuverlässig oder mit sehr hohem technischen Aufwand verbunden.The known technical solutions for preventing premature condensation are measures for heat insulation or for additional heating of the removal device. These measures are either not reliable or associated with very high technical effort, especially in the relaxation of low amounts of steam and gas.
Das Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines unverfälschten Analysengases für die quantitative Bestimmung des Gasgehaltes von unter Druck stehenden, überhitzten Dampf-Gas-Gemischen ohne zusätzliche technische Aufwendungen.The object of the invention is to provide an unadulterated analysis gas for the quantitative determination of the gas content of pressurized, superheated steam-gas mixtures without additional technical expenditure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, überhitzte Dampf-Gas-Gemische kondensatfrei zu entspannen und kondensatfrei für die Analyse bereitzustellen.The invention has for its object to relax superheated steam-gas mixtures condensate-free and provide condensate-free for analysis.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Dampf-Gas-Gemisch bei der im Druckraum herrschenden Temperatur kondensatfrei auf Normaldruck entspannt wird und durch indirekte Wärmezufuhr von dem im Druckraum strömenden überhitzten Dampf-Gas-Gemisch wieder bis auf die Temperatur vor der Entspannung aufgeheizt wird, daß die Menge des entspannten Dampf-Gas-Gemisches durch Einstellung des Entspannungsquerschnittes des Drosselelementes so bemessen wird, daß das Dampf-Gas-Gemisch mit einer Temperatur von mindestens 2OK oberhalb des Wasserdampftaupunktes bei Normaldruck zur Analyse ansteht, daß das Drosselelement den Abschluß eines in den Druckraum genügend weit hineinragenden und mit der Druckraumwandung dichtschließenden Rohrstutzens bildet und daß das andere, offene Ende des Rohrstutzens in direkter Verbindung mit dem Analysensystem bei Normaldruck steht.The solution according to the invention is characterized in that the vapor-gas mixture at the temperature prevailing in the pressure chamber is condensate-free to atmospheric pressure and heated by indirect heat from the flowing in the pressure chamber superheated steam-gas mixture again up to the temperature before the relaxation in that the amount of the expanded steam-gas mixture is adjusted by adjusting the expansion cross-section of the throttle element so that the vapor-gas mixture at a temperature of at least 2OK above the Wasserdampftaupunktes at atmospheric pressure is present for analysis that the throttle element the conclusion of a in forms the pressure chamber sufficiently far projecting and tightly sealed with the pressure chamber wall pipe socket and that the other, open end of the pipe socket is in direct communication with the analysis system at atmospheric pressure.
Als Drosselelemente kommen sowohl Fe3t- als auch Verstelldrosseln in Frage. Um den Eintrag von Kondensat, das in bestimmten Betriebssituationen besonders an der Druckraumwandung entlang strömt, zu vermeiden, ist das Drosselelement in ausreichendem Abstand von der Innenwand zu installieren. Der Rohrstutzen ist aus diesem Grunde außerdem mit einer Mindestneigung gegen die Horizontale ausgeführt, wobei sich das Drosselelement am oberen Ende befindet. Zur Vermeidung von Verschmutzungen bzw. Versetzungen kann das Drosselelement mit einem vorgeschalteten Filter geschützt werden. In der erfindungsgemäßen Weise wird ohne zusätzliche technische Einrichtungen die kondensatfreie Entspannung des Dampf-Gas-Gemisches bei der eigenen Mediumstemperatur vorgenommen.As throttle elements both Fe3t and adjusting throttles come into question. In order to avoid the entry of condensate, which flows in certain operating situations, especially along the pressure chamber wall, to install the throttle element at a sufficient distance from the inner wall. The pipe socket is therefore also designed with a minimum inclination to the horizontal, with the throttle element is located at the top. To avoid contamination or dislocations, the throttle element can be protected with an upstream filter. In the manner according to the invention, the condensate-free expansion of the vapor-gas mixture at its own medium temperature is carried out without additional technical equipment.
Durch plötzliche Taupunktabsenkung infolge der Verringerung des Wasserdampfpartikeldruckes verläßt das entspannte Dampf-Gas-Gemisch in stark überhitztem Zustand den Druckraum. Der im Druckraum befindliche Teil des Rohrstutzens dient dabei gleichzeitig zur indirekten Wärmeübertragung zur Wiederaufheizung des bei der Entspannung abgekühlten Gases. Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsfläche kann der Rohrstutzen als Wellrohr ausgeführt bzw. mit zusätzlichen Heizrippan ausgestattet werden. Der Entspannungsquerschnitt des Drosselelementes wird so eingestellt, daß das Dampf-Gas-Gemisch mi':' einer Temperatur von mindestens 2OK über dem Wasserdampftaupunkt bei Normaldruck zur Analyse ansteht. Damit kann eins weitere geringe Abkühlung im Analysengerät zugelassen werden, ohne daß es zu einer Verfälschung der Zusammensetzung des Analysengases infolge der Kondensation von Wasserdampf kommen kann.Due to sudden dew point reduction due to the reduction of the water vapor particle pressure leaves the relaxed steam-gas mixture in strongly superheated state of the pressure chamber. The located in the pressure chamber part of the pipe socket serves at the same time for indirect heat transfer to reheat the cooled during the expansion gas. To increase the heat transfer surface of the pipe socket can be designed as a corrugated pipe or equipped with additional Heizrippan. The expansion cross-section of the throttle element is adjusted so that the steam-gas mixture mi ':' is present at a temperature of at least 2OK above the Wasserdampftaupunkt at atmospheric pressure for analysis. Thus, one more low cooling can be allowed in the analyzer, without it being possible for a falsification of the composition of the analysis gas due to the condensation of water vapor.
In der erfindungsgemäßen Weise können an den außen liegenden Rohrleitungs- und Apparateteilen einerseits wesentlich stärkere Wärmeverluste zugelassen werden, ohne daß der Taupunkt des Gases unterschritten wird. Andererseits können bei guter Wärmeisolation noch solche geringen Gasmengen, wie sie für Analysenzwecke benötigt werden, kondensatfrei und unverfälscht bereitgestellt werden.In the manner according to the invention, on the one hand, significantly greater heat losses can be permitted on the outer pipeline and apparatus parts, without the dew point of the gas being exceeded. On the other hand, with good heat insulation, even small amounts of gas, such as are required for analysis purposes, can be provided without condensation and without distortion.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The invention will be explained below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the principle of the device according to the invention.
Eine Gasmenge von 2 m3/h soll aus einer technischen Rohrleitung (1), mit der das Vergasungsmittel zur Festbettdruckvergasung zugeführt wird, kondensatfrei auf Normaldruck und kondensatfrei für ein Analysengerät bereitgestellt werden.A gas quantity of 2 m 3 / h shall be provided from a technical pipeline (1), with which the gasification agent is fed to fixed-bed pressure gasification, condensate-free to atmospheric pressure and condensate-free for an analyzer.
Das Vergasungsmittel liegt bei folgenden Parametern an:The gasification agent is based on the following parameters:
Druck 2,7MPaPressure 2,7MPa
Temperatur 32O0CTemperature 32O 0 C
Zusammensetzung 10 Vol.-% technischer SauerstoffComposition 10 vol .-% technical oxygen
90 Vol.-% Dampf90 vol.% Steam
Durchmesser der technischen Rohrleitung: 200mm.Diameter of the technical pipeline: 200mm.
Durch den Flanschstutzen (2), der mit einer Neigung von 20° gegen die Horizontale von der technischen Rohrleitung (1) abgeht, ragt der Rohrstutzen (3) mit dem Klemmflansch (4) und der Kapillardrossel (5), die durch einen aufgesetzten Filter (6) vor Verschmutzung geschützt ist, bis in die Mitte der technischen Rohrleitung (1). Die Kapillardrossel (5) ist mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,5 mm so bemessen, daß sich die geforderte Gasmenge von 2 m\N/h mit einer Temperatur von 1400C am Analysegerät einstellt. Der Klemmflansch (4) ist druckdicht zwischen dem Rohrstutzen (2) und dem Absperrventil (7) eingespannt. Das Absperrventil (7) ist bei Gasentnahme vollständig geöffnet.Through the flange (2), which goes off with an inclination of 20 ° to the horizontal of the technical pipeline (1), the pipe socket (3) with the clamping flange (4) and the capillary throttle (5) protrudes through an attached filter (6) is protected from contamination, down to the middle of the technical pipeline (1). The capillary throttle (5) is sized with an opening diameter of 0.5 mm so that the required amount of gas of 2 m \ N / h with a temperature of 140 0 C adjusts to the analyzer. The clamping flange (4) is pressure-tight between the pipe socket (2) and the shut-off valve (7) clamped. The shut-off valve (7) is fully open when the gas is exhausted.
Durch gute Wärmeisolation (8) der außen liegenden Rohrleitungsteile kühlt sich das entspannte Gas bis zum Entnahmestutzen (9) nur wenig ab. Das Gas kann im überhitzten Zustand analysiert werden.By good heat insulation (8) of the outer pipe parts, the expanded gas cools to the sampling nozzle (9) only slightly. The gas can be analyzed in the overheated state.
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