DE60005139T2

DE60005139T2 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer turbomaschine und zur vermeidung der verunreinigung von deren innenteilen durch schmutzpartikel aus dem betriebsgas

Info

Publication number: DE60005139T2
Application number: DE60005139T
Authority: DE
Inventors: Jean-Marc Pugnet; Henri Hus; Daniel Tricot
Original assignee: Thermodyn SAS
Current assignee: Thermodyn SAS
Priority date: 1999-01-29
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2020-01-06
Also published as: EP1147294B1; WO2000045034A1; US6575711B1; DE60005139D1; NO20012640L; FR2789128B1; FR2789128A1; EP1147294A1; NO20012640D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Betrieb einer Turbomaschine, die einen Eingang und einen Ausgang für ein Prozessgas aufweist, derart, dass die Verschmutzung von inneren Bereichen der Turbomaschine durch vom Prozessgas kommenden Schmutz eingeschränkt wird.
Die Verschmutzung der inneren Bereiche von Turbomaschinen, und insbesondere von Turboverdichtern, ist eine Erscheinung, die der Benutzer nur schwierig beherrschen oder verhindern kann.
Die Ablagerung und das Zusammenklumpen von Schmutz auf den inneren aerodynamischen Bereichen von Turbomaschinen können für die Leistungen absolut unerwünschte Konsequenzen haben.
Einerseits kann die Durchführung des in der Turbomaschine eingesetzten Verfahrens wesentlich verändert werden. Bei einem Turboverdichter können die Druck- und Temperaturniveaus oder die Strömungsdurchsätze im Verdichter aufgrund der Bildung von Ablagerungen in den aerodynamischen Kanälen, wie zum Beispiel den Schaufeln oder den Diffusoren des Verdichters, verändert werden.
Andererseits können die mechanischen Elemente der Turbomaschine Beanspruchungen ausgesetzt werden, die ihre Beschädigung nach sich ziehen. Es ist also notwendig, diese mechanischen Elemente zu schützen. Insbesondere die Unwuchten, die Veränderungen des axialen Schubs oder die Verschmutzungen der inneren Ausrüstungen, die von den Ablagerungen auf den dynamischen Bereichen der Turbomaschine erzeugt werden, können Vibrationen induzieren, die dem guten Betrieb der Turbomaschine abträglich sind.
Es gibt zwei Hauptgründe für die Ablagerung und das Zusammenklumpen von Schmutz auf den inneren Bereichen der Turbomaschinen, und insbesondere der Turboverdichter. Zunächst können die Filter oder Separatoren, die stromaufwärts vor den Turbomaschinen angeordnet sind, keine Partikel mit einer Größe von einigen Mikrometern aushalten, die sich auf den inneren Bereichen der Turbomaschine ablagern. Außerdem begünstigen die im Verdichter erreichten Druck- und Temperaturniveaus, sowie die An der Gase, die verdichtet werden, Reaktionen von der Art Polymerisation an den abgelagerten Stoffen oder die Korrosion der inneren Bereiche des Verdichters unter der Wirkung der abgelagerten Stoffe.
Allgemein ist die Verschmutzung der inneren Bereiche von Turbomaschinen, und insbesondere von Turboverdichtern, eine übliche Erscheinung, die in jedem Fall während des normalen Betriebs der Turbomaschine stattfindet. Diese Verschmutzung kann einen solchen Grad erreichen, dass es notwendig wird, die Turbomaschine und somit den laufenden Produktions- oder Fabrikationszyklus anzuhalten. Es ist daher absolut wünschenswert, über Mittel zu verfügen, die es ermöglichen, den Schmutz aus dem inneren, verschmutzten Bereich einer Turbomaschine zu entfernen, oder die Ablagerung von Schmutz in diesem inneren Bereich zu begrenzen.
Bisher ist kein allgemeines Verfahren bekannt, das es ermöglicht, die Reinigung der inneren Bereiche von Turbomaschinen durchzuführen, unabhängig von der An der betroffenen Turbomaschine, der in diesen Turbomaschinen zirkulierenden Substanz, und der An und der Beschaffenheit des Schmutzes, der sich möglicherweise in ihren inneren Bereichen ablagert.
Jeder Betreiber von Turbomaschinen versucht, das auftretende Problem der Verschmutzung in Abhängigkeit von der Art der Verschmutzung oder den Organisationsmerkmalen der Produktion zu lösen.
Es sind Verfahren mit schmutzabweisenden Beschichtungen oder Lösungsmittel oder chemische Zusatzstoffe bekannt, die es ermöglichen, die Verschmutzungen in manchen spezifischen Fällen zu verringern oder zu beseitigen (siehe zum Beispiel die Druckschrift: PATENT ABSTRACTS OF JAPAN Vol. 007, Nr. 183 (M-235 & JP 58 085371 A (MITSUBISHI JUKOGYO KK), 21.05.83). Um die Verfügbarkeit der industriellen Ausrüstungen zu optimieren, bestehen im allgemeinen die verwendeten Hauptverfahren, die miteinander kombiniert werden können, darin

– die verschmutzten Bereiche der Turbomaschinen auszubauen und sandzustrahlen,
– periodisch feste oder flüssige Partikel (insbesondere in Form eines Nebels) zu injizieren, um den Schmutz zu erodieren oder aufzulösen,
– kontinuierlich Zusatzstoffe mit dem in der Turbomaschine zirkulierenden Fluid zu mischen, d.h. Substanzen, die die Polymerisation verhindern oder verzögern,
– die inneren Bereiche mit einer Beschichtung zu überziehen, um Antihaftflächen zu schaffen.

Alle diese Verfahren haben Nachteile. Insbesondere sind sie teuer, und ihre Wirksamkeit ist weder total noch dauerhaft.
Außerdem ist jedes dieser Verfahren an einen bestimmten Fall angepasst, und es ist kein Verfahren bekannt, das allgemein anwendbar wäre.
Es sind auch Reinigungsverfahren bekannt, die außerhalb des Gebiets des Betreibens von Turbomaschinen angewandt werden, und die ein Lö sungsmittel verwenden, das aus einem dichten, unter Druck stehenden Fluid, wie zum Beispiel Kohlendioxid, im flüssigen oder auch im überkritischen Zustand, besteht.
Bei solchen Verfahren kann das Kohlendioxid als Ersatz für organische Lösungsmittel verwendet werden.
Das Kohlendioxid CO₂ weist einen kritischen Punkt bei einem Druck von 73 Bar (7,3 MPa) und einer Temperatur von 31°C auf.
Diese Reinigungsverfahren verwenden Kohlendioxid auf einem Druck, der über dem kritischen Druck liegt, und bei einer Temperatur, die unter der kritischen Temperatur liegen kann, wobei das Kohlendioxid dann flüssig ist, oder auch bei einer Temperatur, die über der kritischen Temperatur liegt, wobei das Kohlendioxid dann in einem überkritischen Zwischenzustand ist, der zwischen dem flüssigen und dem gasförmigen Zustand liegt.
Die kritischen Druck- und Temperaturwerte des CO₂, die nicht schwierig zu erreichen sind, ermöglichen eine industrielle Anwendung.
Im überkritischen Zustand machen die Eigenschaften des CO₂, wie z.B. seine Dichte, seine schwache Viskosität, und sein hoher Diffusionskoeffizient, sowie ein sehr gutes Lösungsvermögen gegenüber vielen Stoffen, aus ihm ein interessantes Lösungsprodukt für die Reinigung, die Säuberung und die Behandlung der Werkstoffe.
Im überkritischen Zustand löst das CO₂ insbesondere die meisten der organischen Verbindungen.
Andere Substanzen können im überkritischen Zustand analoge Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel bestimmte Alkane.
Bei Turboverdichtern, die einen Eingang aufweisen, in den ein Gas eingeführt wird, das in einem Verfahren interveniert, bei dem das Gas eine physikalische oder chemische Umwandlung erfährt, ist es im allgemeinen wünschenswert, während des Betriebs des Turboverdichters kontinuierlich die Entfernung von Schmutz aus dem Inneren dieses Turboverdichters durchzuführen. Es wurde vorgeschlagen, in den Prozessgasfluss am Eingang des Turboverdichters eine Substanz einzuführen, die in der Lage ist, den im Inneren des Turboverdichters abgelagerten Schmutz aufzulösen.
Am Ausgang des Turboverdichters wird ein Fluid gewonnen, das aus dem Prozessgas und der Substanz im überkritischen Zustand besteht, welche den Schmutz im aufgelösten Zustand enthält. Dann muss eine Trennung des Prozessgases und des Fluids durchgeführt werden, das aus der den Schmutz im aufgelösten Zustand enthaltenden Substanz besteht.
Um die Reinigung des Verdichters unter wirtschaftlichen Bedingungen durchzuführen, ist es offensichtlich wünschenswert, die Regeneration und die Rezyklierung der zum Lösen des Schmutzes in den inneren Bereichen des Turboverdichters verwendeten Substanz durchzuführen. Hierzu ist es notwendig, von der für die Reinigung verwendeten Substanz die Verunreinigungen zu trennen, die aus dem Schmutz bestehen, der von der Substanz im überkritischen Zustand gelöst wurde. Diese Trennung der Verunreinigungen kann am Fluss der im Verdichter zirkulierenden Lösungssubstanz nicht kontinuierlich unter Bedingungen durchgeführt werden, die wirtschaftlich genug sind, um im Rahmen eines industriellen Prozesses akzeptiert zu werden.
Um die Trennung der Verunreinigungen kontinuierlich am Fluss der Lösungssubstanz durchzuführen, ist es im allgemeinen nämlich notwendig, den kritischen Punkt des Fluids durch thermodynamische Umwandlungen in einer genau definierten Reihenfolge zu umgehen. Es muss eine Entspannung der Substanz durchgeführt werden, um ihre Verdampfung zu erhalten, wobei die Verunreinigungen im flüssigen oder festen Zustand dann von der Substanz im gasförmigen Zustand getrennt werden.
Anschließend ist es notwendig, die Substanz wieder zu verdichten, um sie wieder in einem überkritischen Zustand in den Betriebskreislauf im Inneren des Verdichters einzuführen. Um das Unterdrucksetzen der Lösungssubstanz zu gewährleisten, muss ein Verdichter oder eine Pumpe mit großer Leistung verwendet werden, deren Installierungs- und Nutzungskosten im allgemeinen mit einem wirtschaftlichen Einsatz eines das Prozessgas verwendenden industriellen Prozesses nicht kompatibel sind. _ Es ist also wünschenswert, über ein Betriebsverfahren für Turbomaschinen zu verfügen, das es ermöglicht, ihre Verschmutzung zu begrenzen, ohne dass während des Betriebs der Turbomaschine die Regeneration und die Rezyklierung einer Reinigungssubstanz kontinuierlich durchgeführt werden müsste.
Die Verwendung des Verdichters, um die Lösungssubstanz zirkulieren zu lassen, ist aufgrund des entwickelten Druck- und Leistungsniveaus, das für eine konstante Drehgeschwindigkeit notwendig ist, im allgemeinen nicht mit der Auslegung des Verdichters kompatibel.
Daher ist es das Ziel der Erfindung, ein Betriebsverfahren für eine Turbomaschine vorzuschlagen, die einen Eingang und einen Ausgang für ein Prozessgas aufweist, das in einem sogenannten Betriebskreislauf in Umlauf versetzt wird, wodurch die Verschmutzung der inneren Bereiche der Turbomaschine durch einen vom Prozessgas stammenden Schmutz begrenzt werden kann, ohne dass eine Reinigungssubstanz während aller Betriebsphasen der Turbomaschine kontinuierlich in Umlauf versetzt, regeneriert und rezykliert werden muss.
Zu diesem Zweck ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei aufeinander folgenden Normalbetriebsphasen der Turbomaschine, während denen in den Eingang des Verdichters nur Prozessgas eingeführt und das Prozessgas für seinen Gebrauch wiedergewonnen wird, eine Reinigungsphase durchgeführt wird, während der in den Betriebskreislauf am Eingang der Turbomaschine eine Substanz im dichten Zustand eingeführt wird, die in der Lage ist, den Schmutz auf den inneren Bereichen der Turbomaschine aufzulösen, und eine Trennung des Prozessgases von der Substanz durchgeführt wird, in der der Schmutz in Form von Verunreinigungen im flüssigen Zustand aufgelöst ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden nun als Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren ein Betriebsverfahren eines Turboverdichters, das es ermöglicht, die Verschmutzung des Turboverdichters zu begrenzen, und die zur Anwendung des Verfahrens verwendete Vorrichtung beschrieben.
Die in den 1 bzw. 2 dargestellten Anlagen, die es ermöglichen, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform und gemäß einer zweiten Ausführungsform anzuwenden, unterscheiden sich nur durch die Gestaltung des Turboverdichter-Reinigungskreislaufs. In beiden Fällen wird der gleiche Nutzungskreislauf oder Betriebskreislauf 1 verwendet. Daher wird der Betriebskreislauf nur in Bezug auf die Ausführungsform der 1 beschrieben, wobei die entsprechenden Elemente in den 1 und 2 die gleichen Bezugszeichen tragen.
Dagegen unterscheiden sich die Reinigungskreisläufe 2 und 2' im Fall der ersten und im Fall der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der Reinigungskreislauf 2 der in 1 dargestellten Ausführungsform ermöglicht es, während der Reinigungsphasen des Turboverdichters eine kontinuierliche Regeneration der dichten Reinigungssubstanz durchzuführen, die aus CO₂ im überkritischen Zustand besteht.
Im Fall der zweiten, in 2 dargestellten Ausführungsform führt der Reinigungskreislauf 2' keinerlei Regeneration der verwendeten Substanz, die ebenfalls CO₂ im überkritischen Zustand ist, während der Reinigungsphasen durch; das aufgelöste Verunreinigungen enthaltende, überkritische CO₂ wird im Betriebskreislauf 1 rezykliert. Das Verunreinigungen enthaltende, überkritische CO₂ wird nach der Reinigungsphase in einem Lagerbehälter wiedergewonnen, ehe eine neue Normalbetriebsphase der Anlage gestartet wird. Während der Normalbetriebsphase der Anlage nach der Reinigungsphase ist es möglich, das mit Verunreinigungen gesättigte, überkritische CO₂ zu einer Regenerationsanlage abzuführen.
In der ersten und der zweiten Ausführungsform weist der Betriebskreislauf 1 einen Turboverdichter 3 auf, dessen Eingangsbereich 4 mit einer Prozessgas-Zulaufleitung 5 des Kreislaufs 1 verbunden ist. Das über die Leitung 5 zum Verdichter 3 gelangende Prozessgas enthält Schmutz. Ein Absperrschieber 6 ermöglicht es, den Eintritt von Prozessgas in den Kreislauf 1 zu sperren. Der Turboverdichter 3 weist einen Ausgangsbereich 7 auf, der mit einer Leitung 8 zur Abfuhr des im Turboverdichter verdichteten Gases zu einem Separator 9 und mit einer Leitung 10 zur Übertragung des verdichteten Gases zu einer Nutzungsanlage verbunden ist. Auf der Leitung 8 ist ein Wärmetauscher 11 angeordnet, der es ermöglicht, das Prozessgas am Ausgang des Turboverdichters 3 zu kühlen. Die Leitung 8 ist über eine erste Abzweigung, auf der ein Absperrschieber 13 angeordnet ist, mit dem ersten Gas-/Flüssigkeit-Separator 9 verbunden, der aus einer Filtereinheit besteht, und über eine zweite Abzweigung, auf der ein Absperrschieber 14 angeordnet ist, mit einem zweiten Gas-/Flüssigkeit-Separator 12 verbunden, der ebenfalls aus einer Filtereinheit besteht.
Während des Normalbetriebs der den Turboverdichter enthaltenden Anlage wird das Schmutz enthaltende Prozessgas in den Eingangsbereich 4 des Turboverdichters eingeführt, verdichtet, und dann über den Ausgangsbereich 7 des Turboverdichters in die Leitung 8 abgeführt. Während der Phasen der normalen Benutzung der Anlage ist der Absperrschieber 14 geschlossen, und der Schieber 13 ist geöffnet. Das verdichtete und abgekühlte Prozessgas wird in den Separator 9 eingeführt, der es ermöglicht, aus dem Prozessgas die von Kondensaten gebildeten Verunreinigungen zu trennen. Die Kondensate werden über die Leitung 15 abgeführt. Das verdichtete Prozessgas wird über die Leitung 10 zu einer Anlage abgeführt, die seine Verwendung ermöglicht.
Die Kühlung des Prozessgases durch den Wärmetauscher 11 wird in Abhängigkeit von der Endnutzung des Prozessgases geregelt.
Während des Normalbetriebs des Turboverdichters lagern sich im Prozessgas enthaltene Schmutzstoffe auf den inneren Bereichen des Turboverdichters 3, wie zum Beispiel Beschaufelungen oder Diffusoren, ab, wobei diese Schmutzstoffe Verschmutzungen im inneren Bereich des Verdichters bilden. Die Menge von auf den inneren Bereichen des Ver dichters abgelagertem Schmutz kann sich im Verlauf der Benutzung des Verdichters vergrößern, was zu den weiter oben erwähnten Nachteilen führt.
Erfindungsgemäß wird zwischen zwei aufeinanderfolgenden Normalbetriebsphasen des Verdichters, während denen der innere Bereich des Verdichters mit Schmutz beladen wurde, eine Reinigungsphase vorgesehen, die dadurch erzeugt wird, dass im Betriebskreislauf vor dem Eingang des Turboverdichters 3 eine den Schmutz lösende Substanz, die aus einer chemischen Verbindung in einem dichten, und vorzugsweise überkritischen Zustand besteht, verwendet wird.
Vorzugsweise wird für die Reinigung des Verdichters überkritisches CO₂ verwendet.
Im Fall der in 1 dargestellten Anlage und im Fall der in 2 dargestellten Anlage wird ein Reinigungskreislauf 2 oder 2' verwendet, der den zweiten Gas-/Flüssigkeit-Separator 12 enthält und der durch den Absperrschieber 14 und durch einen Absperrschieber 16 vollständig vom Betriebskreislauf 1 getrennt sein kann, der auf einer Leitung 18 angeordnet ist, die selbst stromabwärts hinter dem Absperrschieber 6 mit der Leitung 5 des normalen Nutzungskreislaufs 1 verbunden ist. Der Reinigungskreislauf 2 oder 2' befindet sich so in Abzweigung vom Betriebskreislauf 1 zu beiden Seiten des Eingangs 4 und des Ausgangs 7 des Turboverdichters 3.
Um den Reinigungskreislauf 2 oder den Reinigungskreislauf 2' in Betrieb zu setzen, schließt man den Schieber 13 des Betriebskreislaufs und öffnet die Schieber 14 und 16 des Reinigungskreislaufs 2 oder 2'.
Bei der in 1 dargestellten Anlage, die es ermöglicht, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform durchzuführen, wird ein CO₂ im überkritischen Zustand enthaltender Zufuhrbehälter 20 verwendet, der in Abzweigung auf dem Kreislauf 2 stromabwärts hinter dem Separator 12 auf einer Ausgangsleitung 21 des Separators 12 angeordnet ist. Ein Dreiwegeschieber 19 ermöglicht es, den Zufuhrbehälter 20 mit der Leitung 21 des Reinigungskreislaufs 2 in Verbindung zu setzen, um überkritisches CO₂ in den Reinigungskreislauf 2 zu bringen oder die Leitung 21 vom Zufuhrbehälter 20 zu trennen. Am Anfang der Reinigungsphase wird sauberes überkritisches CO₂ über die Leitung 27 in den Lagerbehälter 20 eingeführt. Dann wird der Reinigungskreislauf 2 ausgehend vom Zufuhrbehälter 20 gespeist, indem der Dreiwegeschieber 19 geöffnet wird.
Das in den Kreislauf 2 eingeführte, überkritische CO₂ kommt in die Leitung 18, um mit dem über die Leitung 5 in den Betriebskreislauf eingelassenen Prozessgas vermischt in den Betriebskreislauf 1 und den Eingangsbereich 4 des Turboverdichters 3 eingeführt zu werden.
Das mit dem Prozessgas im Turboverdichter 3 zirkulierende, überkritische CO₂ bewirkt eine Auflösung des Schmutzes, der sich auf den inneren Bereichen des Turboverdichters abgelagert hat. Im Ausgangsbereich 7 des Turboverdichters 3 wird verdichtetes Prozessgas wiedergewonnen, das Schmutz im gelösten Zustand enthaltendes CO₂ aufweist.
Das den im CO₂ aufgelösten Schmutz enthaltende Prozessgas wird im Wärmetauscher 11 gekühlt, der eine Kondensation des die im Prozessgas vorhandenen Verunreinigungen enthaltenden CO₂ durchführt.
Die am Eingang des von einer Filtereinheit gebildeten Separators 12 ankommende Mischung enthält also das verdichtete Prozessgas und einen flüssigen Teil, der aus dem die aufgelösten Verunreinigungen enthaltenden CO₂ besteht.
Der zweite Separator 12 führt die Trennung des verdichteten Prozessgases, das über eine Leitung 17 zur Nutzungsanlage abgeführt wird, und der flüssigen Mischung von CO₂ und Verunreinigungen durch, die über die Leitung 21 des Reinigungskreislaufs 2 abgeführt wird.
Die aus CO₂ und Verunreinigungen bestehende flüssige Phase erfährt eine Entspannung, die von einem Druckminderventil 22 erzeugt wird, derart, dass stromabwärts hinter dem Druckminderventil 22 das im Reinigungskreislauf 2 zirkulierende Fluid aus CO₂ im gasförmigen Zustand und aus aufgelösten Verunreinigungen im flüssigen Zustand besteht. Das Fluid durchquert einen Separator 23 des Reinigungskreislaufs 2, der aus einem Gas-/Flüssigkeits-Trennfilter besteht. Der Separator 23 führt die Trennung des gasförmigen CO₂, das über eine Ausgangsleitung in einen Verdichter 24 geschickt wird, und der aufgelösten Verunreinigungen im flüssigen oder ggf. im festen Zustand durch, welche vom Separator 23 über eine Abführleitung 25 abgeführt werden.
Das gereinigte gasförmige CO₂ wird vom Verdichter 24 verdichtet und durchquert einen Wärmetauscher 26, der es ermöglicht, die Temperatur des verdichteten CO₂ so zu erhöhen, dass am Ausgang des Wärmetauschers 26 das im Reinigungskreislauf 2 zirkulierende Fluid aus sauberem, überkritischem CO₂ besteht, das über die Leitung 18 in den Betriebskreislauf 1 zurückgeschickt werden kann.
So kann der Reinigungskreislauf kontinuierlich betrieben werden, bis eine zufriedenstellende Reinigung der inneren Bereiche des Turboverdichters 3 erhalten wird.
Nach der Reinigungsphase werden die Schieber 14 und 16 geschlossen und der Absperrschieber 13 des Betriebskreislaufs geöffnet. So wird eine neue Normalbetriebsphase des Turboverdichters 3 und der Anlage begonnen. Der Dreiwegeschieber 19 wird in eine Stellung gebracht, die es erlaubt, das Reinigungs-CO₂ im Zufuhrbehälter 20 wiederzugewinnen.
Auf diese Weise kann die den Turboverdichter 3 enthaltende Anlage kontinuierlich mit intermittierenden Reinigungsphasen betrieben werden, wodurch eine exzessive Verschmutzung des Turboverdichters 3 vermieden werden kann. Die Dauer der Normalbetriebsphasen und der Reinigungsphasen wird so geregelt, dass eine exzessive Verschmutzung des Turboverdichters 3 vermieden und gleichzeitig der zusätzliche Energieaufwand begrenzt wird, der insbesondere auf die Verwendung des Verdichters 24 auf dem Reinigungskreislauf 2 zurückzuführen ist.
Bei der in 2 dargestellten Anlage ist der Betriebskreislauf 1 identisch dem im Fall der ersten Ausführungsform eingesetzten Betriebskreislauf. Außerdem weist der Reinigungskreislauf 2' wie im vorhergehenden Fall die Absperrschieber 14 und 16 und den zweiten Separator 12 auf, der es ermöglicht, auf der Leitung 21' des Reinigungskreislaufs 2' während der Reinigung eine flüssige Phase wiederzugewinnen, die aus Schmutz des Turboverdichters 3 im aufgelösten Zustand enthaltendem CO₂ besteht.
Der Reinigungskreislauf gemäß der zweiten Ausführungsform, bei der keine Regeneration der Lösungssubstanz durchgeführt wird, hat eine einfachere Struktur als der Reinigungskreislauf 2 der ersten Ausführungsform.
Der Reinigungskreislauf weist auf den Separator 12 folgend einen Wiedergewinnungsbehälter 20' für CO₂ und eine Pumpe 24' auf.
Zur Durchführung der Reinigung wird zu Beginn der Reinigungsphase sauberes CO₂ im überkritischen Zustand in den CO₂-Wiedergewinnungsbehälter 20' eingeführt. Das überkritische CO₂ wird von der Pumpe 24' in die Leitung 18 geschickt, die mit dem Betriebskreislauf 1 verbunden ist.
In der Leitung 5 des Betriebskreislaufs wird das überkritische CO₂ mit dem Prozessgas vermischt.
Der Betrieb der Anlage während der Reinigungsphase ist identisch dem oben in Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen Betrieb bis zu dem Zeitpunkt, in dem eine aus Verunreinigungen enthaltendem CO₂ bestehende flüssige Phase in der Leitung 21' des Reinigungskreislaufs 2' wiedergewonnen wird. Die Regelung des Wärmetauschers 11 wird aber so durchgeführt, dass das flüssige Verunreinigungen enthaltende CO₂ im überkritischen Zustand in der Leitung 21' wiedergewonnen wird.
Das flüssige Verunreinigungen enthaltende, überkritische CO₂ wird im Lagerbehälter 20' gesammelt, dessen Abführleitung 25' von einem Schieber verschlossen wird. Das Verunreinigungen enthaltende CO₂ im überkritischen Zustand wird dann von der Pumpe 24' angesaugt und in die Leitung 18 gefördert, um wieder in das Prozessgas eingeführt zu werden. So wird die Reinigung durch Zirkulation von CO₂ im überkritischen Zustand im Betriebskreislauf 1 und im Reinigungskreislauf durchgeführt, bis zu dem Zeitpunkt, in dem das überkritische CO₂ mit Verunreinigungen im flüssigen Zustand gesättigt ist. Dann wird der Reinigungskreislauf 2' vom Betriebskreislauf 1 isoliert und das flüssige Verunreinigungen enthaltende, überkritische CO₂ im Wiedergewinnungsbehälter 20' wiedergewonnen. Die Anlage wird in den Normalbetrieb zurückversetzt. Während der Normalbetriebsphase der Anlage wird das Schmutz im flüssigen Zustand enthaltende, überkritische CO₂ über die Abführleitung 25' des Wiedergewinnungsbehälters 20' abgeführt und ggf. durch Trennung des CO₂ und der flüssigen Verunreinigungen regeneriert, zum Beispiel durch ein Verfahren der Entspannung und der Verdampfung des CO₂, gefolgt von einer Filterung.
CO₂ im überkritischen Zustand wird in den Behälter 20' eingeführt, um einen späteren Reinigungsschritt durchzuführen.
Im Fall der zweiten Ausführungsform kann die Anlage ebenfalls kontinuierlich betrieben werden, wobei die Reinigungskapazität des Turboverdichters 3 nur durch die Erhöhung der Menge von im CO₂ im überkritischen Zustand aufgelösten Verunreinigungen und dem Auftreten des Sättigungszustands begrenzt wird.
Die Regeneration des CO₂ im flüssigen oder im überkritischen Zustand könnte durch Dekantieren der flüssigen Verunreinigungen innerhalb eines Dekantierbehälters oder ggf. innerhalb des Wiedergewinnungsbehälters 20' durchgeführt werden.
Um den Turboverdichter 3 unter Verwendung des Verfahrens der Entfernung von Schmutz während Reinigungsphasen, die zwischen zwei Normalbetriebsphasen eingeschoben werden, kontinuierlich betreiben zu können, ist es im Fall der zweiten Ausführungsform notwendig, die Säuberungsphase des CO₂ mit ausreichender Frequenz durchzuführen, um eine unzulässige Verschmutzung des Turboverdichters während der Normalbetriebsphase zu vermeiden, die zwei aufeinanderfolgende Reinigungsphasen trennt.
In anderen Worten muss die Geschwindigkeit der Trennung der Verunreinigungen des flüssigen oder gasförmigen CO₂ höher sein als die Verschmutzungsgeschwindigkeit des Turboverdichters.
Im Fall der ersten Ausführungsform kann die Anlage ohne exzessive Verschmutzung des Turboverdichters kontinuierlich betrieben werden, indem die Dauer der aufeinanderfolgenden Phasen des Normalbetriebs und der Reinigung geregelt wird. Das Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform, das den Vorteil einer größeren Anwendungsflexibilität hat, hat aber den Nachteil, einen größeren Energieaufwand zu erfordern. Dieser Energieaufwand hängt tatsächlich von der Dauer der zwischen zwei Normalbetriebsphasen der Anlage eingeschobenen Reinigungsphasen ab.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Es ist insbesondere möglich, für die Auflösung des Schmutzes im Turboverdichter andere Substanzen als CO₂ im überkritischen Zustand zu verwenden. Solche Substanzen können zum Beispiel Wasser (H₂O), Propan (C₃H₈) oder Pentan (C₅H₁₂) im überkritischen Zustand sein.
Es ist auch möglich vorzusehen, das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von anderen Geräten oder Anlagen als den Turboverdichtern zu verwenden.

Claims

Verfahren für den Betrieb einer Turbomaschine (3), die einen Eingang (4) und einen Ausgang (7) für ein Prozessgas aufweist, derart, dass die Verschmutzung der inneren Bereiche der Turbomaschine (3) durch den Schmutz begrenzt wird, der vom Prozessgas stammt, das in einem Betriebskreislauf (1) zirkuliert, in dem sich die Turbomaschine (3) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen mindestens zwei aufeinander folgenden Normalbetriebsphasen der Turbomaschine (3), während denen in den Eingang (4) der Turbomaschine (3) nur Prozessgas eingespeist und das Prozessgas für seine Nutzung wiedergewonnen wird, eine Reinigungsphase durchgeführt wird, während der in den Betriebskreislauf (1) am Eingang (4) der Turbomaschine (3) eine Substanz in einem dichten Zustand eingeführt wird, die in der Lage ist, den Schmutz auf den inneren Bereichen der Turbomaschine (3) aufzulösen, und die Trennung des Prozessgases von der Substanz durchgeführt wird, in der der Schmutz in Form von Verunreinigungen im flüssigen Zustand aufgelöst ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Reinigungsphase kontinuierlich die Entspannung der Substanz, in der der Schmutz in Form von Verunreinigungen im flüssigen Zustand aufgelöst ist, derart durchgeführt wird, dass die Substanz verdampft wird, dass die Verunreinigungen im flüssigen Zustand von der Substanz im gasförmigen Zustand getrennt werden, dass die kontinuierlich wiedergewonnene und von den Verunreinigungen getrennte Substanz verdichtet und erwärmt wird, um sie in einen dichten Zustand zu versetzen, und dass die wiedergewonnene Substanz im dichten Zustand am Eingang (4) der Turbomaschine (3) in das Prozessgas eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Reinigungsphase die Verunreinigungen im flüssigen Zustand enthaltende Substanz im dichten Zustand am Eingang (4) der Turbomaschine (3) in das Prozessgas rückgeführt wird, und dass am Ende der Reinigungsphase die die Verunreinigungen im flüssigen Zustand enthaltende Substanz im dichten Zustand in einem Lagerbehälter (20') wiedergewonnen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Normalbetriebsphase der Turbomaschine (3) nach der Reinigungsphase die Verunreinigungen im flüssigen Zustand von der Substanz getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verunreinigungen auflösende Substanz im überkritischen Zustand aus Kohlendioxid CO₂ besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die die Verunreinigungen auflösende Substanz im überkritischen Zustand aus mindestens einer der nachstehend aufgeführten Substanzen besteht: Wasser (H₂O), Propan (C₃H₈), Pentan (C₅H₁₂).
Vorrichtung für den Betrieb einer Turbomaschine (3), die einen Eingang (4) und einen Ausgang (7) für ein Prozessgas aufweist, um die Verschmutzung der inneren Bereiche der Turbomaschine durch Schmutz zu begrenzen, der vom Prozessgas stammt, das in einem Normalbetriebskreislauf (1) des Verdichters zirkuliert, dadurch ge kennzeichnet, dass sie einen Reinigungskreislauf (2, 2') aufweist, der vom Betriebskreislauf (1) zu beiden Seiten des Eingangs (4) und des Ausgangs (7) der Turbomaschine abgezweigt ist, wobei der Betriebskreislauf (1) und der Reinigungskreislauf (2, 2') der Turbomaschine Absperrschieber (14, 16) aufweisen, die es ermöglichen, entweder den Betriebskreislauf (1) oder den Reinigungskreislauf (2, 2') in Betrieb zu setzen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskreislauf (2) nacheinander zwischen einem Anschlussteil an den Betriebskreislauf (1) stromabwärts hinter dem Ausgang (7) der Turbomaschine (3) und einem Anschlussteil an den Betriebskreislauf (1) stromaufwärts vor dem Eingang (4) der Turbomaschine (3) einen ersten Absperrschieber (14), einen Gas-/Flüssigkeit-Separator (12) und einen Lagerbehälter (20) für die Substanz im dichten Zustand zur Auflösung von Verunreinigungen, der abgezweigt und über einen Dreiwegeschieber (19) mit dem Reinigungskreislauf verbunden ist, ein Entspannungsventil (22), eine Gas-/Flüssigkeit-Filtereinheit (23), einen Verdichter (24), einen Wärmetauscher (26) und einen zweiten Absperrschieber (16) aufweist, und dass der Betriebskreislauf (1) zwischen dem Ausgang (7) der Turbomaschine (3) und dem Reinigungskreislauf (2) einen Wärmetauscher (11) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Reinigungskreislauf (2') nacheinander zwischen einem Anschlussteil an den Betriebskreislauf (1) stromabwärts hinter dem Ausgang (7) der Turbomaschine (3) und einem Anschlussteil an den Betriebskreislauf (1) stromaufwärts vor dem Eingang (4) der Turbomaschine einen ersten Absperrschieber (14), einen Gas-/Flüssigkeit-Separator (12), einen eine Abführleitung (25') aufweisende Wiedergewinnungs behälter (20'), eine Pumpe (24') und einen zweiten Absperrschieber (16) aufweist.