Verfahren und Vorrichtung zur Versorgung von Verbrauchern mit Acetylen oder verwandten Brenngasen oder Brenngasgemischen und Anwendung

Abstract

 Aus Sicherheitsgründen werden derartige, energiereiche Brenngase in aller Regel in bekannten Gasversorgungen nur mit niedrigen Drücken zur Verfügung gestellt, woraus sich eine Beschränkung in den Einsatzmöglichkeiten für diese Brenngase ergibt. Zur Überwindung dieses Nachteils, ohne gesamte Versorgungsanlagen sicherheitstechnisch aufrüsten zu müssen, wird vorgeschlagen, den Acetylen- oder Brenngasdruck mit einer entsprechenden Vorrichtung (6) erst im Bedarfsfall und unmittelbar vor dem jeweiligen Verbraucher(n) auf einen gewünschten, höheren Wert, als er ansonsten aus der Versorgung zur Verfügung steht, zu steigern.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Versorgung von Verbrauchern mit Acetylen oder verwandten Brenngasen oder Brenngasgemischen, also Gasen, die im Regelfall aus Sicherheitsgründen nicht mit hohen Drücken zur Verfügung gestellt werden.

[0002] Acetylen und andere, in ihren Eigenschaften zu Acetylen verwandte Brenngase, wie Mischungen von Acetylen mit anderen Brenngasen (z.B. mit Propan, Propylen, Wasserstoff) oder wie andere Brenngase oder Gemische mit positiver Bildungsenthalpie (z.B. Propylen), sind aufgrund ihrer Eigenschaften, beispielsweise hohem Energieinhalt, hoher Zündgeschwindigkeit, hoher Flammentemperatur, besonders vorteilhafte Brenngase für autogene Verfahren. Diesen Vorteilen steht der Nachteil gegenüber, daß Acetylen und verwandte Brenngase schon bei vergleichsweise geringem Überdruck und verhältnismäßig geringer Zündenergie unter Umständen sogar explosionsartig reagieren. Dies führt zu verschiedensten Konsequenzen im Umgang mit diesen Gasen:
Beispielsweise wird reines Acetylen nicht wie andere Kohlenwasserstoffbrenngase unter hohem Druck (bis zu mehreren 100 bar) gasförmig oder verflüssigt in Gasflaschen aufbewahrt, sondern es wird in Gasflaschen, die mit einer porösen Masse ausgestattet sind, unter Gegenwart eines Lösungsmittels mit vergleichsweise niedrigem Druck ca. 17 bis 19 bar bei 15 C, gespeichert. Beim Anwender wird Acetylen aus Sicherheitsgründen mit noch niedrigeren Drücken - nur bis etwa 1,5 bar - den Verbrauchern zugeführt. Daraus resultiert eine Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten von Acetylen und verwandten Brenngasen.

[0003] Als Ausweg aus dieser Problematik ist es bekannt, beispielsweise gesamte Acetlyenversorgungsanlagen auf den Betrieb mit höheren Drücken umzustellen, wobei dazu eine Umrüstung der Anlage und ein sich anschließendes amtliches Erlaubnisverfahren notwendig sind. Dies stellt einen erheblichen zeitlichen, finanziellen und technischen Aufwand dar.

[0004] Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Versorgung mit Acetylen oder verwandten Gasen zu gestalten, die mit möglichst geringem Aufwand eine sichere Versorgung mit höheren Drücken ermöglicht.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Acetylen- oder sonstige Brenngasdruck erst im Bedarfsfall und unmittelbar vor dem Verbraucher auf einen gewünschten, höheren Wert, als er ansonsten aus der Versorgung zur Verfügung steht, gesteigert wird.

[0006] Durch diese Vorgehensweise wird erreicht, daß nicht die gesamte Versorgungsanlage auf einen höheren Versorgungsdruck umgerüstet werden muß, sondern daß eine Druckerhöhung nur an der Bedarfsstelle erfolgt. Infolge der Druckerhöhung erst unmittelbar vor dem jeweiligen Verbraucher sind bei konventionellen Versorgungsanlagen praktisch keine zusätzlichen sicherheitstechnischen Aufwendungen notwendig. Darüber hinaus wird der höhere Druck nur dann erzeugt, wenn Acetylen verbraucht wird, mit der Ausnahme von relativ kurzzeitigen Verbrauchs­unterbrechungen, in denen die Druckerhöhung auch aufrecht erhalten werden kann. Dies bewirkt, daß sich nirgendwo in der Versorgung, in Phasen in denen kein Brenngas verbraucht wird, verdichtetes Brenngas befinden kann, wodurch die Sicherheit des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleistet wird.

[0007] In vorteilhafter Weise kann der Druck gemäß der Erfindung auf bis zum 17-fachen Wert, vorzugsweise bis zum 7-fachen Wert, gesteigert werden. Geht man von bekannten Acetylenversorgungsanlagen aus, die mit Drücken bis etwa 1.5 bar arbeiten, so können damit Drücke bis ca. 25 bar, vorzugweise bis ca. 10 bar, erzeugt und somit wichtige Druckbereiche abgedeckt werden. Dabei handelt es sich auch um Druckbereiche, in denen das erfindungsgemäße Verfahren in sicherer und zuverlässiger Weise betrieben werden kann. Selbstverständlich kann das Verfahren auch in niedrigeren Druckbereichen angewendet werden.

[0008] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden vor der Druckerhöhung mehrere Brenngase, beispielsweise Acetylen und andere Brenngase, vermischt. Auf diese Weise können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gefahrlos verschiedenste Gasgemische, beispielsweise Gasgemische mit beliebigem Acetylenanteil zwischen 0 und 100%, hergestellt und mit höheren Drücken angewendet werden. Wesentlich ist hierbei eben die Vermischung der Gase auf niedrigem Druckniveau, da alle zu mischenden Gase bei niedrigen Drücken stabiler sind und die stabileren Gase dann auch bei höheren Drücken zu einer größeren Stabilität des Gasgemisches führen.

[0009] Eine Druckerhöhungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Verdichter mit parallel geschaltetem Druckkontrollventil und einem dieser Parallelschaltung vorgeschalteten Rückschlagventil sowie einem dieser Parallalschaltung folgenden Druckminderer, an den sich die Verbraucherleitung anschließt.

[0010] Mit einer so ausgestalteten Vorrichtung kann die Druckerhöhung für das erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden.

[0011] In günstigen Weiterbildungen ist in der Verbraucherleitung der Druckerhöhungseinheit eine Abzweigung mit Sicherheitsventil vorgesehen und/oder in der Hauptleitung der Druckerhöhungseinheit vor dem obengenannten Rückschlagventil ein Überwachungsmanometer für den Eingangsdruck angeordnet, das mit einem Leuchtsignal und mit dem Verdichter verbunden ist. Die Abzweigung mit Sicherheitsventil sorgt bei ausgangseitigen Betriebsstörungen, z.B. Rückzündungen, für die Sicherheit der Vorrichtung und eingangsseitig wird durch das dort angeordnete Manometer der Eingangsdruck zur Druckerhöhungseinheit kontrolliert und bei Absinken auf nicht mehr ausreichende Werte für den Betrieb der Einheit das Leuchtsignal ausgelöst sowie die Abschaltung des Verdichters bewirkt. Diese Ausgestaltungsvariante ist besonders vorteilhaft, da eine wesentliche Funktionsvoraussetzung der Druckerhöhungseinheit darin besteht, daß das Produkt p x V vor der Druckerhöhungs­einheit größer dem Produkt p x V nach der Druckerhöhungsvorrichtung ist. Bei bekanntem Druck- und Mengenbedarf darf deshalb ein bestimmter Vordruck nicht unterschritten werden.

[0012] Besonders vorteilhaft kann darüberhinaus die Integration der erfindungsgemäßen Druckerhöhungseinheit in ein Verbrauchsgerät selbst sein. Dadurch erübrigt sich die Anordnung und Kopplung zweier getrennter Vorrichtungen, wobei Druckerhöhungseinheit und Verbraucher in optimaler Weise aufeinander abgestimmt werden können.

[0013] Eine besonders vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in seinem Einsatz zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen insbesondere mit Acetylen und Brenngasgemischen mit Acetylen.

[0014] Beim Flammspritzen mit Acetylen und verwandten Brenngasen ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jetzt möglich, auch mit diesen Brenngasen in höheren Druckbereichen zu arbeiten und so mit Acetylenbrenngasen in den Bereich des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens vorzustoßen. Dies eröffnet besondere Vorteile, da aufgrund der Zunahme der gelieferten thermischen Energie durch Acetylen oder verwandte Brenngase ein schnelleres und/oder stärkeres Aufschmelzen des Spritzmaterials erreichbar ist oder auch höhere Spritzpartikelgeschwindigkeiten möglich werden. Dies führt zu qualitativ verbesserten Spritzschichten mit beispielsweise höherer Verschleißfestigkeit.

[0015] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Anwendung beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen wird auch hier das Brenngasgemisch aus Acetylen und einem oder mehreren anderen Brenngasen dadurch hergestellt, daß die einzelnen Mischkomponenten vor der Druckerhöhung vermischt werden. Dies schafft einerseits bezüglich der Brenngaseigenschaften eine hohe Flexibilität, die sich mit dem Mischungsverhältnis der beteiligten Brenngase variieren läßt, und bedingt andererseits durch die Mischung der Brenngaskomponenten vor der Druckerhöhung eine zusätzliche sicherheitstechnische Verbesserung, da ein Gemisch aus Acetylen und einem anderen Brenngas stabiler ist als reines Acetylen.

[0016] Anhand der folgenden schematischen Zeichnungen wird das erfindungsgemäße Verfahren und eine Druckerhöhungseinheit sowie seine Anwendung beim Hochgeschwindigkeits-­Flammspritzen beispielhaft näher erläutert.

[0017] Es zeigt:

Figur 1 den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Acetylenversorgungssystems;

Figur 2 den Aufbau einer Druckerhöhungseinheit im Detail;

Figur 3 einen Querschnitt durch einen Brennerkopf zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen.

[0018] Figur 1 zeigt schematisch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Von einer mit einer Acetylenquelle verbundenen Hauptverteilungsleitung 1 einer Acetylenversorgungsanlage zweigen mehrere Zweigleitungen 2, 3 ab. Die Zweigleitung 2 ist über ein Absperrventil 4 und eine Gebrauchsstellenvorlage 5.1 mit einer Druckerhöhungseinheit 6, die für die gewünschte Druckerhöhung sorgt, verbunden. Ein- und Ausgangsseitig sind bei der Druckerhöhungseinheit 6 Absperrventile 7 und 8 angeordnet und ausgangsseitig ist darüber hinaus eine weitere Gebrauchsstellenvorlage 5.2 mit Anschlußmöglichkeit für einen Verbraucher vorgesehen. Zusätzlich kann ein Steueranschluß 9 für eine koordinierte Schaltmöglichkeit von Druckerhöhungseinheit und Verbraucher vorgesehen sein.

[0019] In Figur 2 ist der Aufbau der Druckerhöhungseinheit 6 im einzelnen dargestellt. Sie besteht aus einem in einer Hauptleitung 10 angeordneten Verdichter 14, der mit einem Überdruckventil 15 in einer Leitung 12 parallel geschaltet ist. Nach dieser Parallelschaltung folgt in der Hauptleitung 10 ein Kontrollmanometer 16 und ein Druckminderer 17, mit dem der vom Verdichter 14 erzeugte Druck auf das gewünschte Maß reduziert wird. Baut sich zwischen dem in günstiger Ausgestaltung in verschiedene Leistungsstufen schaltbaren Verdichter 14 und Druckminderer 17 ein zu großer Druck auf, wird dieser durch die Parallelleitung 12 und mit Hilfe des Überdruckventils 15 zur Eingangsseite des Verdichters 14 hin abgebaut. Vor dem Verdichter und der Parallelleitung 12 ist ein Rückschlagventil 13 angeordnet, das ein Rückfließen von Acetylen in die Versorgungsanlage verhindert. Nach dem Druckminderer 17 schließt sich eine Verbraucherleitung 11 an, in der aus Sicherheitsgründen, beispielsweise bei Rückzündungen, eine Abzweigung 18 mit einem weiteren Überdruckventil 19 vorgesehen ist. Darüber hinaus ist eingangsseitig bei der Druckerhöhungseinheit in der Hauptleitung 10 vor dem Rückschlagventil 13 ein Manometer 20 angeordnet, mit dem der Eingangsdruck überwacht wird. Das Manometer 20 ist andererseits mit einer Leuchtanzeige 31 und dem Antrieb des Verdichters 14 verbunden, wodurch das Aufleuchten der Leuchtanzeige und die Abschaltung des Verdichters bei einem eingangsseitig zu niedrigen Druck bewirkt wird. Schließlich ist der Verdichter 14 noch mit einem Ein- und Ausschalter 29 verbunden, wobei der Ein- und Ausschaltvorgang auch über der Steueranschluß 9 und die Verbindung 30 bewirkt werden kann.

[0020] Die erfindungsgemäße Druckerhöhungeinheit kann nun z.B. in folgendem Fällen eingesetzt werden:

a) es steht in einer Versorgungsanlage ein Fließdruck von 1.5 bar mit einem maximalen Durchsatz von 4 m³/h zur Verfügung. Daraus folgt, daß erfindungsgemäß ein Verbraucher beispielsweise mit etwa 6 bar und 1m³/h versorgt werden kann.

b) es steht ein Fließdruck von 0.5 bar mit 3 m³/h Durchsatz zur Verfügung. Damit kann beispielsweise eine Versorgung mit 1 bar und bis etwa 1.5 m³/h ausgeführt werden.

[0021] Mit Figur 3 soll abschließend die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahren zum Hochgeschwindigkeits-­Flammspritzen näher erläutert werden. Figur 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den Vorderteil eines Brennerkopfes zum Flammspritzen ohne die Versorgungsseite für Brenngas und Spritzmaterial im einzelnen zu zeigen. Bisher wird das Hochdruck- bzw. Hochgeschwindigkeits-­Flammspritzen mit nicht acetylenhaltigen Brenngasen, beispielsweise Wasserstoff, Propan, Propylen, ausgeführt, da dabei Brenngasdrücke über 1,5 bar zur Anwendung kommen. Jetzt stehen Acetylendrücke über 1,5 bar zur Verfügung und die Anwendung von Acetylen ist, wie im folgenden gezeigt wird, mit besonderen Vorteilen verbunden. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, wird das Acetylenbrenngas bei seiner Anwendung beim Flammspritzen zusammen mit Sauerstoff in eine Brennkammer 21 eingeführt, wobei die dazugehörenden Zufuhrkanäle 22 eine leicht konische Ausrichtung besitzen, so daß sich die eintretenden, brennenden Gasstrahlen in der Brennkammer schneiden. In diesen Schnittpunkt hinein wird ein weiterer Gasstrahl durch einen Zentralkanal 23 geführt. Dieser besteht aus einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff, und den darin transportierten, metallischen Spritzpartikeln. Das Spritzmaterial wird in der von Acetylen und Sauerstoff erzeugten Flamme 24 geschmolzen und die gesamte Mischung aus Verbrennungsgasen, Trägergas und geschmolzenem Spritzmaterial wird durch einen sich an die Brennkammer anschließenden Hauptkanal 25 im Brennerkopf weitergeleitet und verläßt diesen schließlich in Form eines Spritzstrahles 27. Durch eine äußere Umhüllung 28 und eine zwischen dieser äußeren Umhüllung und dem Zentralkanal und der Brennkammer entstehenden Kanal 29 wird der Brennerkopf gekühlt.

[0022] Bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Hochgeschwindigkeitsflammspritzens wird nun Acetylen mit einem Druck von z.B. 5 bar zusammen mit einer entsprechenden Menge Sauerstoff durch die Zufuhrkanäle 22 zur Brennkammer 21 geführt. Aufgrund dieser Hochdruckzufuhr von Acetylen kann nun auch der Zufuhrdruck des Trägergases ohne die Gefahr des Zurückdrängens des Brenngasgemisches gesteigert werden und man gelangt so zum Hochgeschwindigkeitsflammspritzen mit Acetylen. Dieser Acetyleneinsatz beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen hat weitgehende Vorteile. Zum einen können aufgrund der hohen, beinhalteten thermischen Energie mit Acetylen und mit Acetylengemischen höherschmelzende Spritzmaterialien angewendet werden als mit anderen Brenngasen. Andererseits ergeben sich kürzere Aufschmelzdauern für die anderen Spritzmaterialien in einer Acetylenflamme, wodurch höhere Spritzpartikelgeschwindigkeiten einstellbar sind, mit denen widerum verbesserte Spitzschichtqualitäten erreicht werden können, da eine höhere Spritzpartikel­geschwindigkeit größere Haftzugwerte und geringere Porösität in der aufgespritzten Schicht bewirkt.

[0023] Zusammenfassend sei nochmals festgehalten, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit der dazugehörigen Vorrichtung in sehr vorteilhafter Weise Acetylen und verwandte Brenngase in höheren Druckniveaus zur Verfügung stellt. Dabei ist insbesondere die vorteilhafte Anwendung des Verfahrens beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen hervorzuheben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Versorgung von Verbrauchern mit Acetylen oder verwandten Brenngasen oder Brenngasgemischen, dadurch gekennzeichnet, daß der Acetylen- oder Brenngasdruck erst im Bedarfsfall und unmittelbar vor dem jeweiligen Verbraucher(n) auf einen gewünschten, höheren Wert, als er ansonsten aus der Versorgung zur Verfügung steht, gesteigert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck bis zum 17-fachen, vozugsweise bis zum 7-fachen, des Ausgangsdruckes gesteigert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß verfahrensintern ein Brenngasgemisch erzeugt wird, dadurch daß die einzelnen Brenngase vor der Druckerhöhung auf niedrigem Druckniveau vermischt werden.

4. Druckerhöhungseinheit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gekennzeichnet durch einen in einer Hauptleitung (10) angeordneten Verdichter (14) mit einem parallel geschalteten Druckkontrollventil (15) und einem dieser Parallelschaltung vorgeschalteten Rückschlagventil (13) sowie einem dieser Parallelschaltung folgenden Druckminderer (17).

5. Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbraucherleitung (11) eine Abzweigung (18) mit einem Sicherheitsventil (19) vorgesehen ist .

6 Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptleitung (10) vor dem Rückschlagventil (13) ein Manometer (20) angeordnet ist, das mit einem Leuchtsignal (31) und dem Verdichter (14) in Verbindung steht.

7. Druckerhöhungseinheit nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ein Verbrauchsgerät integriert ist.

8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3 zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen .

Zeichnung