DE4311417A1 - Vorrichtung für chemische Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme chemischer Flüssigkeiten, insbesondere zur Durchführung chemischer Prozesse.

Derartige Vorrichtungen weisen in der Regel Behälter mit einem Überdruck-Sicherheitsventil auf. Dieses dient dazu, wenn in einem solchen Behälter ein Störfall, z. B. in Form einer exothermen chemischen Reaktion, Explosion oder eines Phasensprunges, stattfindet, das Behälterinnere druckzu­ entlasten, damit nicht der gesamte Behälter explodiert und zu Verletzungen von in der Umgebung beschäftigtem Personal führt. Es hat sich aber gezeigt, daß in einem solchen Falle aus dem Überdruck-Sicherheitsventil Dämpfe oder Gase austreten können, und dies über eine lange Zeit hin, die zu einer Kontamination der Umgebung mit möglicherweise bei einer derartigen Reaktion entstehenden giftigen oder kanzerogenen Stoffen beitragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit bei einer derartigen Vorrichtung zur Aufnahme chemischer Flüssigkeiten, insbesondere zur Durchführung chemischer Prozesse, zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einer Vor­ richtung der eingangs genannten Art gelöst durch einen überdruckventilfreien Innenbehälter, einen diesen umgeben­ den Außenbehälter, wobei das Volumen des Außenbehälters erheblich größer ist als das Volumen des Innenbehälters, und durch Überwachungseinrichtungen.

Bei dem Innenbehälter handelt es sich in der Regel zu­ nächst um einen druckfesten Behälter. Der Innenbehälter ist ein weit über seinen zulässigen Betriebsüberdruck dichter, wenn auch bei sehr hohen Drücken in einem Stör­ fall plastisch verformbarer Behälter. Die Auslegung er­ folgt jeweils nach den zu erwartenden Störfallüberdrücken unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten.

Der Außenbehälter sollte für gleiche Drücke ausgelegt sein wie der Innenbehälter. In diesem Fall sieht eine bevorzug­ te Ausgestaltung vor, daß der Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbehälter mit einer Flüssigkeit, die mit dem Gut des Innenbehälters keine gefährlichen Reaktionen eingeht, vorzugsweise mit Wasser, bis zum zulässigen Betriebsüber­ druck des Außenbehälters flutbar ist.

Der zulässige Betriebsüberdruck kann dabei gemäß den Richtlinien der deutschen Arbeitsgemeinschaft "Druckbehäl­ ter" bestimmt sein.

Dadurch, daß der Innenbehälter kein Überdrucksicherheits­ ventil aufweist, wird verhindert, daß im Falle eines Störfalles, also z. B. einer exothermen chemischen Reak­ tion, Gase oder Dämpfe aus dem Innenbehälter austreten. Der Innenbehälter kann sich zwar (plastisch) verformen, bleibt aber dennoch bis zu sehr hohen Drücken dicht. Hierdurch wird in ökonomischer Weise eine hohe Sicherheit erreicht. Für den Fall, daß bei weiterem Druckanstieg der Innenbehälter undicht wird, ist weiterhin vorgesehen, daß er von einem Außenbehälter umgeben ist, der ein wesentlich größeres Volumen aufweist als der Innenbehälter selbst. Bei dem erfindungsgemäßen Behälter handelt es sich also um einen doppelwandigen Behälter, nicht aber um einen übli­ chen doppelwandigen Behälter, bei dem zwischen Innen- und Außenbehälter lediglich ein schmaler Zwischenraum zur Lecküberwachung vorgesehen ist.

Dadurch, daß der Außenbehälter wesentlich größer ist als der Innenbehälter, ist zwischen beiden ein großer Zwi­ schenraum geschaffen, der ebenfalls in der Größenordnung von 1/3 oder mehr des Volumens des Innenbehälters liegt und dadurch aus diesem austretendes Gas und/oder Flüssig­ keit zunächst aufnehmen kann, wodurch eine weitere Druck­ erhöhung verhindert wird. Darüber hinaus ist der erfin­ dungsgemäße Behälter weiterhin mit Überwachungseinrichtun­ gen versehen, um einen solchen Störfall überwachen und schließlich auch eingreifen zu können.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß der Innenbehälter zum Außenbehälter allseitig einen endli­ chen Abstand aufweist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorge­ sehen, daß der Außenbehälter sämtliche Armaturen des Innenbehälters umschließt. Damit wird auch erreicht, daß der Außenbehälter völlig dicht ausgebildet sein kann.

Da es im Rahmen der Erfindung liegt, daß der Innenbehälter sich bei einem übermäßigen Druckanstieg, insbesondere über 15 bar hinaus, verformt, ohne undicht zu werden, ist es sinnvoll, Maßnahmen vorzusehen, damit die Verformung des Innenbehälters nicht auf die weniger stabilen Leitungen übertragen wird und zu Beschädigungen derselben führen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist hierzu vorgesehen, daß vom Innenbehälter nach außerhalb des Außenbehälters geführte Leitungen mit nachgiebigen Elemen­ ten versehen sind, wobei die nachgiebigen Elemente entwe­ der Kompensatoren oder Schwanenhälse sein können. Gemäß bevorzugter anderer Ausgestaltungen ist vorgesehen, daß Absperrorgane in nach außen führenden Leitungen ausgebil­ det sind, wobei insbesondere die Absperrorgane schnell­ schließend sind. Wenn die Überwachungseinrichtungen einen unzulässigen Druck- und/oder Temperaturanstieg im Innenbe­ hälter feststellen, so werden die Absperrorgane betätigt, um den Innenbehälter vollständig von der Umgebung zu trennen. Zur Überprüfung der Absperrorgane kann vorgesehen sein, daß diese regelmäßig auch während des Normalbetriebs kurzzeitig geschlossen werden und Endschalter feststellen, ob ein vollständiges Schließen durch die Absperrorgane, wie die Sperrschieber, erfolgt, damit auch im Störfall ein zuverlässiges Absperren durchgeführt werden kann.

Ebenfalls im Hinblick auf die angesprochene Möglichkeit der Verformung des Innenbehälters sieht eine Weiterbil­ dung vor, daß der Innenbehälter im Außenbehälter zuminde­ stens teilweise seitlich durch nachgiebige Abstandhalter gehalten wird, damit die Verformung des Innenbehälters nicht auf den Außenbehälter übertragen wird. Gemäß einer Weiterbildung ist darüber hinaus eine Notkühleinrichtung zur Notkühlung des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter vorgesehen. Diese wird eingeschaltet, wenn die Überwachungseinrichtungen insbesondere einen unzuläs­ sigen Temperaturanstieg feststellen.

Die Überwachungseinrichtungen können vielfältig ausgebil­ det sein. So sehen bevorzugte Ausgestaltungen vor, daß der Innenbehälter mit Füllstandsmessern, Druckmessern, einer Überfüllsicherung, einem Thermometer versehen ist, während darüber hinaus ein Druckmesser, ein Leckanzeigegerät und ein Thermometer zur Überwachung des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter vorgesehen sein können. Das Leckanzeigegerät ist vorzugsweise ebenfalls mit einem Absperrorgan, wie einem Sperrschieber, versehen, um gege­ benenfalls die erforderliche Dichtigkeit zu erzielen.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß der Außenbehälter ein Sicherheitsventil auf­ weist, wodurch die erforderliche Berstsicherheit gewähr­ leistet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt die einzige Figur:
eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Behälters im vertikalen Längsschnitt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 für chemische Flüssig­ keiten, die insbesondere ein Prozeßbehälter sein kann, weist zunächst einen Außenbehälter 2 auf. Dieser kann auf Füßen 3 stehen. Er weist Mannlöcher 4, und zwar auf seiner Oberseite sowie in seiner Umfangswandung, auf, die ver­ schlossen bzw. verschließbar sind.

Im Außenbehälter 2 befindet sich ein Innenbehälter 6, dessen Volumen wesentlich geringer ist als das des Außen­ behälters, so daß in diesem ein beträchtlicher, den Innen­ behälter umgebender Frei- und Druckreduzierraum gegeben ist. Der Innenbehälter 6 kann als Prozeßbehälter mit einem Rührwerk versehen sein, das einen in den Behälter ragenden Rührer 7 aufweist, der von einem außerhalb des Innenbehäl­ ters vorgesehenen Antrieb 8 angetrieben ist.

Von der Außenseite des Außenbehälters 2 führen eine Be­ fülleitung 9 und eine Entnahmeleitung 11 in das Innere des Innenbehälters 6.

Die Leitungen 9, 11 sind mit Absperrorganen 12 versehen.

Zur Aufnahme von Formveränderungen des Innenbehälters 6 in einem Störfall sind die Leitungen 9, 11 mit Ausgleichsele­ menten 13 versehen, die im dargestellten Ausführungsbei­ spiel Metallbälge aufweisende Kompensatoren sind. Statt dessen kann hier auch eine Schwanenhals-Führung vorgese­ hen sein.

Der Innenbehälter 6 ist weiterhin mit einer Reihe von Überwachungsorganen versehen. Er weist zunächst einen Füllstandsmesser 14 auf, mit dem der Füllstand im Innenbe­ hälter 6 gemessen wird.

Zur Überwachung der Temperatur im Innenbehälter 6 ist weiterhin ein Thermometer 16 vorgesehen. Der Innenbehälter weist weiterhin eine Überfüllsicherung 17 sowie einen Druckmesser 18 auf. Auch am Innenbehälter kann ein Mann­ loch 19 vorgesehen sein.

Die elektrischen Durchführungen zu den einzelnen Überwa­ chungseinrichtungen sowie dem Antrieb 8 erfolgen über einen Ansatz 21 am Außenbehälter 2. Am Außenbehälter 2 ist ein Leckanzeigegerät 22 vorgesehen. Weiterhin ist auch der Außenbehälter 2 mit einem Thermometer 23 zur Überwachung der Temperatur im Zwischenraum zwischen Innen- und Außen­ behälter versehen. Weiterhin ist ein Druckmesser 24 zur Überwachung eines möglichen Druckanstiegs im Zwischenraum vorgesehen.

Zur Notkühlung im Störfall weist der Außenbehälter einen Zulauf 26 und an seiner tiefsten Stelle (bei 27) einen Auslaß 28 auf.

Der Innenbehälter steht im Außenbehälter auf Auflagern 31. Er wird seitlich durch Abstandhalter 19 gehalten, die nachgiebig ausgebildet sind, so daß bei einem Aufweiten des Innenbehälters aufgrund eines in ihm im Störfall entstehenden Überdrucks keine Verformung des Außenbehäl­ ters erfolgt.

Wesentlich ist, daß der Innenbehälter kein Überdruckventil aufweist, d. h. überdruckventilfrei ist. Der Innenbehälter ist ein explosionsdruckfester Behälter, der auch bei einer Explosion oder undefinierten thermischen Reaktion im Inneren erheblichen Drücken standhält, ohne daß er undicht wird, wobei allerdings plastische Verformungen in Kauf genommen werden. Ein solcher Behälter kann einen Überdruck bis 15 bar aufnehmen, ohne daß eine Undichtigkeit auf­ tritt.

Während des Normalbetriebs erfolgt eine permanente Überwa­ chung des Drucks, der Temperatur und des Füllstands im Innenbehälter 6 (über 18, 14, 16); zusätzlich erfolgt eine Überfüllungsüberwachung (über 11). Aufgrund der Füll­ standsmessung wird Zufluß und Abfluß der Prozeßflüssigkeit regelmäßig überwacht. Bei einer Überfüllung wird der Zufluß gestoppt. Wenn Druck und/oder Temperatur unzulässi­ ge Werte annehmen, kann das Rührwerk gestoppt werden; auf jeden Fall werden die Absperrorgane 12 bei unzulässigen Werten geschlossen. Weiterhin wird insbesondere bei unzu­ lässigem Temperaturanstieg die Notkühlung über Zulauf und Ablauf eingeschaltet.

Während des Normalbetriebs erfolgt weiterhin über das Leckanzeigegerät 14 eine permanente Überwachung des Zwi­ schenraums zwischen Außen- und Innenbehälter, wobei in dem Außenbehälter entweder ein Unterdruck oder aber auch ein Überdruck überwacht werden kann; durch einen Überdruck im Zwischenraum durch zugeführtes Inertgas wird eine höhere Außenbelastung des Innenbehälters erreicht, so daß dieser noch einen über die oben genannten Werte hinausgehenden Druckanstieg aufnehmen kann. In diesem Falle kann eine Vakuumüberwachung derart erfolgen, indem in vorgegebenen zeitlichen Abständen kurzfristig ein Unterdruck im Zwi­ schenraum und hinsichtlich Leckage überwacht wird.

Gegebenenfalls kann in den Außenbehälter auch ein Gasspür­ gerät ragen, um so einen Austritt der gasförmigen Kompo­ nente der im Innenbehälter verarbeiteten Prozeßflüssigkeit feststellen zu können.

Im Falle eines Störfalles mit einer Explosion oder sonsti­ gen exothermen Reaktionen im Innenbehälter wird sich in diesem die Temperatur und der Druck erhöhen, wobei die obengenannten Sicherheitsmaßnahmen (Sperren der Absperror­ gane, Kühlung) automatisch eingeleitet werden. Weiterhin erfolgt eine Alarmgabe. Wenn der Druck im Innenbehälter sich derart erhöht, daß dieser Verformungen unterliegt, so werden die Verformungen des Innenbehälters durch die Kompensatoren 13 aufgenommen. Wenn bei weiterem Druckan­ stieg der Innenbehälter reißt oder birst, so kann das in ihm befindliche Gas in den Innenraum des Außenbehälters eintreten, wodurch eine Druckreduzierung erfolgt. Es erfolgt eine Überwachung der Parameter (Druck, Temperatur) im Außenbehälter.

Zur Überprüfung der Absperrorgane 12 können diese regel­ mäßig im Normalbetrieb betätigt werden, indem sie mehrmals geschlossen und geöffnet werden, wobei ihr vollständiges Schließen durch einen Endschalter überprüft wird; wenn dieser beim Überprüfvorgang nicht anspricht, erfolgt eine Meldung.

Auch der Außenbehälter kann hinsichtlich seiner Druckauf­ nahme auf plastische Verformungen ausgelegt sein, die noch keine Undichtigkeit bedingen. Die Leckanzeige kann eben­ falls durch eine Absperreinrichtung vom System getrennt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine SPS oder einen Prozeßrechner auf, mit deren Hilfe die einzelnen Vorgänge automatisch überwacht und geregelt werden.

Claims (20)

1. Vorrichtung zur Aufnahme chemischer Flüssigkeiten, insbesondere zur Durchführung chemischer Prozesse, gekennzeichnet durch einen überdruckventilfreien Innenbehälter (6), einen diesen umgebenden Außenbe­ hälter (2), wobei das Volumen des Außenbehälters (2) erheblich größer ist als das Volumen des Innenbehäl­ ters (6), und durch Überwachungseinrichtungen (14, 16, 17, 18, 21, 22, 23, 24).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (6) zum Außenbehälter (2) allseitig einen endlichen Abstand aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenbehälter (2) sämtliche Armaturen (8, 17, 18, 19) des Innenbehälters (6) umschließt.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vom Innenbehälter (6) nach außerhalb des Außenbehälters (2) geführte Leitungen (9, 11) mit nachgiebigen Elementen (13) versehen sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Elemente Kompensatoren sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebigen Elemente Schwanenhälse sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Absperrorgane (12) in nach außen führenden Leitungen.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenbehälter (6) im Außenbehälter (2) zumindestens seitlich durch nach­ giebige Abstandhalter (19) gehalten wird.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Notkühleinrichtung zur Notkühlung des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter (6, 2).

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Absperrorganen in deren Öffnungs- und Schließstellun­ gen zugeordnete Endschalter zur regelmäßigen Überprü­ fung der Absperrorgane (12) auf deren Schließfähig­ keit.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in den Innenbehälter ragenden Füllstandsmesser (14).

12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen den Innendruck des Innen­ behälters (6) überwachenden Druckmesser (18).

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Überfüllsicherung (17) im Innenbehälter.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein in den Innenbehälter (6) ragendes Thermometer (16).

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Druckmesser zum Überprüfen des Drucks innerhalb des Außenbehälters (2).

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Leckanzeigegerät (22).

17. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein die Temperatur im Zwischen­ raum zwischen Außen- und Innenbehälter (2, 6) messen­ des Thermometer (23).

18. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenbehälter ein Überdruck-Sicherheitsventil aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Außenbe­ hälters (2) mindestens 30% größer ist als das Volu­ men des Innenbehälters (6).

20. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen Außen- und Innenbehälter (2, 6) mit einer Flüssig­ keit, die mit dem Gut des Innenbehälters keine ge­ fährlichen Reaktionen eingeht, vorzugsweise mit Wasser, bis zum zulässigen Betriebsüberdruck des Außenbehälters flutbar ist.