Die Erfindung betrifft ein neuartiges Berieselungssystem für einen Behälter in der chemischen, petrochemischen und pharmazeutischen Industrie sowie in Lebensmittelbetrieben, Erdölraffinerien und Lagertankeinrichtungen. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung dieses neuartigen Berieselungssystems zur Temperierung, zum Reinigen oder zum Desinfizieren eines Behälters oder zur Löschung von Bränden am Behälter.

Behälter verschiedenster Größen, das heißt Großbehälter, mittelgroße Behälter bis hin zu kleinen Behältern, beispielsweise Lagerbehälter, Rührbehälter, Reaktoren, Laborautoklaven und Kolonnen, sind in chemischen Fabriken, Lebensmittelbetrieben, Pharmabetrieben, Erdölraffinerien und La- gertankeinrichtungen in großer Zahl zu finden. Zusammenfassend werden diese Behälter verschiedenster Größe nachfolgend als Behälter bezeichnet. Sie sind in der Regel aufrecht stehend angeordnet (vertikale Ausführung), d.h. die Höhe eines solchen Behälters besitzt meist eine größere Abmessung als der größte Durchmesser dieses Behälter, und weisen meist einen im Wesentlichen zylinderförmigen Grundkörper auf; alternativ kann der Grundkörper auch einen beliebig vielecki- gen, beispielsweise vier-, sechs- oder achteckigen, oder auch einen elliptischen Querschnitt besitzen. Mit dem Grundkörper verbunden befindet sich jeweils am Behälterkopf und am Behälterfuß ein Deckel, der Behälterkopfdeckel bzw. Behälterfußdeckel. Der Behälterkopfdeckel kann beispielsweise in Form eines Korbbogendachs, eines Kegeldachs, eines Flachdachs oder in einer anderen Dachform ausgebildet sein. Alternativ kann ein Behälter auch liegend angeordnet sein, d.h. die Hauptachse eines solchen Behälters befindet sich in der Horizontalen (horizontale Ausführung). Alternativ kann ein Behälter auch die Form eines Ellipsoids aufweisen, vorzugsweise in Form eines aufrecht stehenden, wobei der Begriff Ellipsoid auch eine Kugel umfasst. Behälter dienen beispielsweise zur Lagerung und Zwischenlagerung von Edukten, Produkten und Hilfsstoffen. Das in den Behältern gelagerte Gut wird nachfolgend Lagergut genannt und ist nicht auf die beispielhaft genannten Edukte, Produkte und Hilfsstoffe beschränkt. Das Lagergut kann beispielsweise brand- oder explosionsgefährlich sein oder durch Einwirkung von Temperatur eine unerwünschte Veränderung seiner chemischen und/oder physikalischen Beschaffenheit und/oder Eigenschaften erfahren.

Um Brände und Explosionen zu verhindern oder deren Auswirkungen zumindest zu verringern und um eine unerwünschte Veränderung der chemischen und/oder physikalischen Beschaffenheit und/oder Eigenschaften des Lagerguts zu vermeiden, werden Behälter häufig mit einem Berieselungssystem versehen. Ein solches Berieselungssystem soll möglichst eine vollständige Benetzung der äußeren seitlichen Oberfläche des Behälters, der Behältermantels, und - soweit vorhanden - der äußeren Oberfläche des Behälterkopfdeckels mit einem flüssigen Medium, dem Berieselungsmedi- um, gewährleisten. Als Berieselungsmedium geeignete flüssige Medien seien hier beispielhaft Wasser, wässrige Lösungen, Schaumlösungen und Desinfektionsmittel, beide insbesondere auf der Grundlage von wässrigen Lösungen, genannt, ohne dass diese Liste als abschließend oder vollständig zu betrachten wäre. Dort wo Reinheit eine wichtige Rolle spielt, können Berieselungssysteme mit Lösungen, die Detergentien oder Desinfektionsmittel enthalten, beaufschlagt werden. Man 5 spricht hier von Cleaning in Place - Einrichtungen (CIP Systeme). Die Berieselung kann dabei ständig oder bei Bedarf erfolgen. Berieselungssysteme, die dazu dienen, in einem Behälter eine unerwünschte exotherme Reaktion in ihrem Temperaturverlauf zu begrenzen oder einen Brand zu löschen, werden auch Notberieselung genannt. Herkömmliche Berieselungssysteme umfassen Sprühdüsen oder geschlossene Ringleitungen mit vielen Bohrungen zur Verteilung des Berieselt ⁾ lungsmediums. Als solches dient in der Regel Wasser. Aus Kostengründen wird dabei oftmals Wasser aus Vorflutern verwendet. Dieses hat aber den Nachteil, dass es mit Feststoffen und/oder Kleinlebewesen, beispielsweise mit Wasserschnecken und kleinen Krebsen, belastet sein kann, was oft zu einer Verstopfung der Sprühdüsen oder Bohrungen der Ringleitungen führt. Darüber hinaus lassen sich die Sprühdüsen und geschlossenen Ringleitungen und deren Bohrungen schlecht bzw. 15 nur mit erhöhtem Aufwand und folglich erhöhten Kosten reinigen oder sauber halten. Dies wiederum führt zu einer vergrößerten Gefahr eines Ausfall des Berieselungssystems, was insbesondere bei brand- und explosionsgefährlichem Lagergut und ganz besonders bei einer Notberieselung nicht hinnehmbar ist. Weitere Anwendungsfälle für Berieselungssysteme sind das Erwärmen, Kühlen und Temperieren von Behältern, wobei im Sinne der vorliegenden Erfindung Erwärmen, Küh- 20 len und Temperieren zusammenfassend als Temperieren bezeichnet werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Berieselungssystem zur Verfügung zu stellen, das die Nachteile der herkömmlichen Berieselungssysteme überwindet. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Berieselungssystem zur Verfügung zu stellen, dass in der Lage ist, auch bei der Verwendung von durch Fest- 25 Stoffen und Kleinlebewesen verschmutzen Wasser, eine ständige oder bedarfsweise Berieselung sowie auch eine Notberieselung eines Behälters sicher zu gewährleisten. Außerdem soll das erfindungsgemäße Berieselungssystem leicht zu montieren und zu warten sein.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein Berieselungssystem nach Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche definieren vorzugsweise Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Berieselungssystems.

30 Dieses Berieselungssystem umfasst ein Überlaufwehr. Dieses umfasst mindestens einen Streifen eines Materials, das genügend mechanische Festigkeit aufweist, um zum einen an der äußeren Oberfläche des Behälters befestigt werden zu können und dort dauerhaft befestigt zu bleiben, zum anderen dem statischen Druck des Berieselungsmedium dauerhaft standhalten zu können, zum weiteren durch das Berieselungsmedium nicht stärker korrodiert wird als das Material des Behäl-

35 termantels auf seiner Außenseite. Ein solches Material ist beispielsweise ausgewählt aus Metallen oder metallischen Legierungen wie Stahl, Eisen, Zink, Blei, Kupfer, Aluminium, Messing, Bronzen, oder Kunststoffen, welche auch faserverstärkt sein können. Als Streifen im Sinne der vorliegenden Erfindung wird dabei ein Körper bezeichnet, der in einer ersten Raumdimension (der Länge) mindestens eine um eine Zehnerpotenz größere Ausdehnung hat als in einer zweiten Raumdi- mension (der Breite), wobei wiederum diese zweite Raumdimension mindestens eine um eine Zehnerpotenz größere Ausdehnung hat als in einer dritten Dimension (der Dicke). Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Dicke zur Breite 1 :25 bis 1 :50. Dabei entspricht die Breite im Falle des am Behältermantel oder Behälterkopfdeckel angebrachten Überlaufwehrs der Höhe des Überlaufwehrs. Das Überlaufwehr kann aus einem Streifen gebildet werden, oder mehreren, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr Streifen. Vorzugsweise wird das Überlaufwehr aus zwei Streifen gebildet werden, und zwar analog einer Rohrschelle. Je nach Form des Behälters, seines Deckels und der zu berieselnden Behälteroberfläche kann das Überlaufwehr in seinem Verlauf geradlinig, kreisförmig, hexagonal, elliptisch, beliebig geschwungen oder abgewinkelt ausgebildet sein. Es sei außerdem darauf hingewiesen, dass auch eine sich drehende Trommel mit einem wannenförmigen erfin- dungsgemäßen Überlaufwehr durch dessen Flüssigkeitsüberlauf benetzt werden kann.

Das Überlaufwehr dient im Wesentlichen:

1. dem Anstau des eingeleiteten Berieselungsmediums innerhalb des Überlaufwehrs,

2. der Vergleichmäßigung des Berieselungsmediums längs der Innenseite des Umfangs des Überlaufwehrs und

3. dem über den Umfang des Überlaufwehrs gleichmäßig verteilten Überlauf des angestauten Berieselungsmediums und damit dessen gleichmäßiger Verteilung auf die Behältermanteloberfläche.

Die Benetzung der Behältermanteloberfläche erfolgt mit dem über den Umfangs des Überlauf- wehrs durch Schwerkrafteinwirkung nach unten fließenden Berieselungsmedium.

Das Überlaufwehr befindet sich im oberen Teil eines Behälters, und zwar so weit oben auf der äußeren Oberfläche des Behälters, dass sich mindestens 90 %, bevorzugt mindestens 95 %, besonders bevorzugt 98 % der Außenfläche des Behälters unterhalb des unteren Randes des Überlaufwehrs befinden. Das Überlaufwehr ist dabei vorzugsweise so auf dem Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel angeordnet, dass die Flächennormalen der Flächen des Überlaufwehrs, die durch die Länge und die Breite des mindestens einen Streifens gebildet werden, senkrecht zur Richtung der Schwerebeschleunigung stehen, das Überlaufwehr also vertikal angebracht ist. Der obere Rand Überlaufwehrs ist dabei überall bezogen auf den Erdschwerpunkt gleich hoch. Jedoch ist es nicht zwingend, dass das Überlaufwehr vertikal stehen muss. Dieses kann - bezogen auf die vertikale Ausrichtung - sowohl nach innen, d.h. zur Behälterachse hin, wie auch nach außen geneigt sein. Letztere Schräglage kann jedoch eine größere Überfallweite des Berieselungsmediums als beim nach innen geneigten Überlaufwehr bewirken. Zur Bildung des Überlaufwehrs sind die Enden des mindestens einen Streifens vorzugsweise so miteinander verbunden, dass der mindestens eine Streifen ein durchgehendes Band mit einer durchgehenden Außenseite und einer durchgehenden Innenseite bildet. Der mindestens eine Streifen bildet somit einen Kranz auf dem Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel. In dem Fall, dass das Überlaufwehr aus zwei Streifen gebildet wird, bilden diese Streifen vorzugsweise zwei Ringhälften, wiederum vorzugsweise analog denen einer Rohrschelle ausgebildet.

Die Länge des Überlaufwehrs entspricht dem Umfang des Behälters oder des Behälterkopfdeckels an der Linie, auf der das Überlaufwehr auf dem Behälter oder dem Behälterkopfdeckel angebracht ist. Die Form des Überlaufwehrs ist der Form des Behälters oder des Behälterkopfdeckels an der Linie, auf der das Überlaufwehr auf dem Behälter oder dem Behälterkopfdeckel angebracht ist, angepasst.

Die Enden des mindestens einen Streifens können mit den üblichen dem Fachmann zu diesem Zwecke bekannten Techniken miteinander verbunden werden. Beispiele für diese Techniken sind Verschweißen oder Verschrauben.

Für den Fall, dass das Überlaufwehr aus zusammengeschweißten Blechstreifen besteht, müssen die Blechstreifen an der Stoßstelle/Schweißnaht in einer Ebene liegen, sodass - soweit gewünscht oder gefordert - eine vollständige Auflage auf dem Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel möglich ist. Für den Fall, dass das Überlaufwehr aus miteinander analog einer Rohrschelle verschraubten Blechstreifen besteht, ist darauf zu achten, dass die dazu nötigen Laschen im rechten Winkel zur Tangentialebene der Ringhälften liegen. Vorzugsweise befindet sich das Überlaufwehr derart auf dem Behälter oder dem Behälterkopfdeckel angebracht, dass das Berieselungsmedium zwischen dem Überlaufwehr und der Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel nicht hindurchfließen kann.

Alternativ kann das Überlaufwehr auch so am Behälter oder Behälterkopfdeckel angebracht sein, dass zwischen Überlaufwehr und Behälter oder Behälterkopfdeckel ein Abstand (Spalt) besteht. Dieser Abstand kann so gewählt werden, dass entsprechend der Stauhöhe ein bestimmter Berieselungsvolumenstrom eingestellt werden kann

Das Überlaufwehr wird vorzugsweise durch ein Gestänge, das an der üblicherweise bei Behältern, insbesondere Großbehältern, vorhandenen Kopfbühne befestigt ist, gehalten und zentriert. Für das Gestänge können beispielsweise Gewindestangen herangezogen werden. Diese können an einem Ende einen Schlitz erhalten, der etwas breiter als die Dicke des mindestens einen das Überlaufwehrs bildenden Streifens ist. Die Gewindestangenenden mit Schlitz wird auf das Überlaufwehr auf dem Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel aufgesetzt und am anderen Ende an der Kopfbühne mittels Halterungen und Muttern fixiert. Muttern dienen der Höheneinstellung und Fixierung des Überlaufwehrs.

Da nicht alle Behälter mit einer Kopfbühne ausgerüstet sind, kann das Überlaufwehr mittels aufgeschweißter Laschen oder Winkel auf dem Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel angebracht werden. Durch entsprechende Langlöcher in den Laschen oder Winkeln kann der Spalt zwischen Wehr und Tank soweit erforderlich minimiert werden. Hierbei kann, wegen der fehlenden Gewindestangen, kein Anpressruck zur Spaltminimierung erzeugt werden, was die Abdichtung des Überlaufwehrs gegen den Behältermantel oder den Behälterkopfdeckel erschwert. Eine umlaufende Dichtung, beispielsweise aus einem Dichtband, vorzugweise aus einem Polytetrafluorethendicht- band, an der Unterkante des Wehres schafft hier Abhilfe. Zur Berieselung des Behälters wird über einen Zulauf das Berieselungsmedium auf den Behältermantel oder den Behälterkopfdeckel gegeben. Der Zulauf befindet sich oberhalb des Überlaufwehrs und innerhalb dessen Umfangs und vorzugsweise so, dass keine Halterungen, Stutzen, Ventile, Mannlöcher oder andere Bauteile, die aus dem Behältermantel oder dem Behälterkopfdeckel herausragen, die Verteilung des Berieselungsmediums behindern können. Nachdem sich das Über- laufwehr vollständig gefüllt hat läuft bei weiterer Zuleitung des Berieselungsmediums dieses aus dem Überlaufwehr in Form eines gleichmäßigen Films heraus und benetzt den Behältermantel oder den Behälterkopfdeckel unterhalb des Überlaufwehrs vollständig.

Das erfindungsgemäße Berieselungssystem kann zur ständigen oder zeitweisen Berieselung von Behältern verwendet werden. Dabei kann das erfindungsgemäße Berieselungssystem insbesondere auch zur Temperierung, zum Reinigen oder zum Desinfizieren eines Behälters oder zur Löschung von Bränden am Behälter verwendet werden. Das erfindungsgemäße Berieselungssystem ist dabei besonders geeignet für den Einsatz in der chemischen und petrochemischen Industrie.

Je nachdem, ob eine ständige oder nur zeitweise Berieselung des Behälters gewünscht bzw. erforderlich ist, erfolgt eine ständige oder nur zeitweise Zuleitung des Berieselungsmedium. Bei einer nur zeitweisen Zuleitung des Berieselungsmediums muss darauf geachtet werden, dass eine bestimmte Zeitspanne benötigt wird, um das Überlaufwehr zu füllen, bevor die Berieselung des Behälteraußenmantels beginnt.

Vorzugweise ist im Überlaufwehr mindestens eine Öffnung vorgesehen. Vorzugsweise sind zwei diametral gegenüberliegende Öffnungen vorgesehen. Die eine Öffnung oder die Gesamtheit der Öffnungen ist so dimensioniert, dass einerseits bei Zuleitung des Berieselungsmedium über den Zulauf das Überlaufwehr gefüllt und das Berieselungsmedium zum Überlaufen gebracht werden kann, andererseits das Berieselungsmedium wieder vollständig aus dem Wehr ablaufen kann, wenn die Zuleitung des Berieselungsmediums beendet wurde. Diese mindestens eine Öffnung soll ver- hindern, dass sich innerhalb des Überlaufwehrs stehendes Berieselungsmedium bildet.

An Stellen auf dem Behälteraußenmantel, an denen beispielsweise Halterungen, Stutzen, Ventile oder andere Bauteile herausragen, oder an denen sich beispielsweise durch Schweißnähte hervorgerufene Schweißnähte befinden, kann es zu Ablösungen des Berieselungsmediums und damit zu Trockenbereichen kommen, welche sich als sogenannte Trockenstreifen längs des Behältermantels fortsetzen können. Diese Trockenstreifen können auch durch einen nicht im Lot stehenden Behälter hervorgerufen werden. Liegt einer solcher Fälle vor, kann eine Umlenkrinne Abhilfe schaffen, die das entlang des Behälters herabfließende und abgelöste Berieselungsmedium wieder auf die Behäl- teroberfläche rückzuführen. Im Falle der Bauteile oder Unebenheiten befindet sich zwischen dem Überlaufwehr und diesen Bauteil bzw. dieser Unebenheit unterhalb des- bzw. derselben jeweils eine Umlenkrinne. Das Berieselungsmedium wird nach der Störung wieder auf die Behälteroberfläche zurückgeführt.

Abhängig vom Umfang des Umlaufwehrs berechnet sich bei einem bestimmten Zustrom an Berieselungsmedium der auf die Behältermantelfläche bezogene spezifische Berieselungsvolumenstrom.

Der spezifische Berieselungsvolumenstrom kann entweder auf den Überlaufwehrumfang oder die Behältermantelfläche bezogen werden: qu = Q/Uw [m ³ /(h · m) = [m ² /h] q _M = Q/M [m ³ /(h · m ² ) = [m/h] qu [m ² /h] auf den Überlaufwehrumfang 1 m bezogener Berieselungsvolumenstrom qM [m/h] auf die Behältermantelfläche 1 m ² bezogener Berieselungsvolumenstrom Q [m ³ /h] Berieselungsvolumenstrom

Uw [m] Umfang des Wehrs längs dem das Berieselungsmedium überströmt M [m ² ] zu benetzende Behältermantelfläche

Unter Zuhilfenahme der Poleni-Formel lassen sich einige Anhaltswerte errechnen, welche für die Konstruktion und den Betrieb des Überfallwehrs von Belang sind. Q [m ³ /h] = 2/3 · μ ^« (2 · g) ⁰ ' ⁵ · B · h ^; μ Überfallbeiwert für breites scharfkantiges und waagerechtes Wehr: 0,49 bis 0,51

B [m] Breite des Überfallwehrs, bei kreisrundem Überlaufwehr ist das der Umfang Uw des

Wehrs

H [m] Überfallhöhe g [m/s ² ] Erdbeschleunigung

Eine beispielhafte Berechnung für ein Überlaufwehr mit einer Höhe von 100 mm findet sich in der nachfolgenden Tabelle:

Tabelle 1 :

Das Rechenbeispiel zeigt, dass:

1. ein Berieselungssystem mit Überlaufwehr und ohne Umlenkrinne aufgrund der Strömungsparabel (analog des waagrechten Wurfes im Schwerefeld) immer einen kleineren Wehrdurchmesser, verglichen mit dem Behältermanteldurchmesser, haben muss und

2. der Einfluss der Überlaufwehrhöhe auf die Überfallweite größer ist als der auf den Wehrumfang bezogene Berieselungsstrom, d.h. der geometrische Konstruktionseinfluss der Überlaufwehrhöhe ist etwas größer als der strömungsbedingte Einfluss qu.

Es ist daher immer zu überprüfen, dass die Parabelform des Wehrüberfalles nicht zu einer Ablösung des Berieselungsmediums vom Behältermantel führt. Einzelheiten dazu können der Fig. 3 entnommen werden. Des Weiteren ist darauf zu achten, dass entlang der ganzen Überfallwehrlänge ein möglichst gleichmäßiger Zustrom des Berieselungsmediums erfolgt, da ansonsten die Überfallgeschwindigkeiten und damit auch die Überfallweiten längs des Wehrumfanges variieren können und es dadurch unter Umständen zu Ablösungen des Mediums von der Behälterwand kommen kann. Das erfindungsgemäße Berieselungssystem weist gegenüber den herkömmlichen ein Reihe von Vorteilen auf, die nachfolgend dargestellt sind:

• Aufgrund des geringen Materialbedarf liegen die Investitionskosten für das erfindungsgemäße Berieselungssystem bei nur einem Fünftel derjenigen für ein herkömmliches Berieselungssystem: die Bestandteile des erfindungsgemäßen Berieselungssystems lassen sich ein- fach fertigen; es kommt ohne eine Vielzahl von Bohrungen oder Sprühdüsen aus; Streifen sind leichter zu rollen als ein Rohr; Gewindestangen sind Meterware; Förderhöhe und Förderstrom sind geringer als bei Ringleitungen mit Bohrungen.

• Wegen des geringen Gewichts des Überlaufwehrs ergibt sich eine leichtere Montage als bei herkömmlichen Berieselungssystemen. · Sind auf dem Behälterkopfdeckel Bauteile angebracht, so ist bei herkömmlichen Berieselungssystemen der Sprühringdurchmesser so groß zu wählen ist, dass dieser immer außerhalb der Stutzen liegt, um die volle Benetzung des Behältermantels sicherzustellen. Dies hat zur Folge, dass der Sprühring mitunter einen großen Durchmesser und damit auch eine große Anzahl an Bohrungen besitzt, was einen hohen Montage- und Wartungsaufwand zur Folge hat.

• Das neue System ist unempfindlich gegen den Einsatz von mit Feststoffen und Kleinlebewesen verschmutzen Wasser, es ist daher besser für die Notberieselung geeignet als herkömmliche Berieselungsanlagen. Es ist betriebssicher, leichter zu reinigen und hat bereitet keine Probleme mit Verstopfungen. · Aufgrund der vielen erforderlichen Bohrungen in der Ringleitung eines herkömmlichen Berieselungssystems und der in Abhängigkeit vom verwendetem Berieselungsfluid und dessen Verschmutzungsgrad groß genug zu wählenden Bohrungsdurchmesser ergibt sich ein Austrittsquerschnitt, dem ein entsprechend hoher Berieselungsstrom gegenübersteht. Dies erfordert für das Ringleitungssystem eine größere Pumpenkapazität als jene für das erfindungs- gemäße Berieselungssystem.

Das erfindungsgemäße Berieselungssystem wird in der nachfolgenden Figur beispielhaft dargestellt, ohne darauf beschränkt werden zu können. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Berieselungssystem. Dabei sind: 1 Überlaufwehr 2 Zulauf

3 Umlenkrinne(n)

4 Behälter

Fig. 2 schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Berieselungssystemen auf verschiedenen Behältertypen. Dabei sind:

A Dächer von Behältern in vertikaler Ausführung

AI Korbbogendach

A2 Kegeldach

A3 Flachdach B Behälter in horizontaler Ausführung

1 Überlaufwehr

3 Umlenkrinne(n)

5 Querschnittsfläche der Umlenkrinne

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Überlaufwehrs auf einem Behälter einschließlich der zur Aufstellung der Poloni-Formel nötigen Größen.

Dabei sind:

1 Überlaufwehr

2 Zulauf

6 Richtung der mittleren Überfallgeschwindkeit VÜ 7 Überfallhöhe h _ü

8 Wehrhöhe H _w

9 Überfallweite W

10 Berieselungsfilmdicke SB

1 1 Behältermantel

Fig. 4 eine schematische Darstellung von Strömungsprofilen bei verschieden angeordneten

Überlaufwehren.

I Überlaufwehr

I I Behältermantel

12 Strömungsprofile

13 Stauhöhe

14 Spalt