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SicIierheitsinrcIituncj für Tanks für verflüssigtes Gas
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Die vorliegende I;rfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für
Tanks für verflüssigtes Gas, insbesondere Schiffstanks, rii eiiir: hilfsgesteuerten
Abblaseventil, dessen Ventilelement vol einer Seite von der Gasdruck im Tank und
von der anderen Seite voii der Hilfssteuerung mit einem Anpreßdruck derart beaufschlagt
wird, daß das Ventilelement bei überschreiten eines verbesti@@ten Ansprechdrucks
ir Tank mit dem Ventilsitz außer Eingriff Wert.
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Bei Gastankern und dergleichen ist es bekannt, die Tanks mit Sicherheitsventilen
auszurüsten, die durch Pilotventile gesteuert sinu, wobei sich die Sicherheitsventile
bei einem vorbestimmten Ansprcchdruck öffnen.
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Auf Grund der bestimmungen der IMCO A328 (IX) Kap.XV (XV.1) dürfen
die Tanks von Gastankern nur soweit gefüllt werden, daß Bie Ladung beim Ansprechdruck
der Sicherheitsventile nicht mehr als 98 t des geometrischen Tankvolumens einnimmt,
auch wenn eine Rückverflüssigungs- bzw. eine Anlage zum Konstanthalten des Drucks
vorgesehen ist. Folglich können bei Volldruck- und Semidrucktankern die mit Sicherheitsventilen,
deren Ansprechdruck beispielsweise bei 5,5 bara liegt, ausgerüsteten Tanks bei Übernahme
von tiefgekühltem Flüssiggas, dessen Sättigungsdruck unnittelbar nach dem Laden
bei ca. 1 bara liegt, nur soweit gefüllt werden, daß bei 5,5 bara die Tanks maximal
98% gefüllt wären, um ein Überfüllen der Tanks durch Erwärmung der Ladung etwa im
Falle eines Feuers zu verhindern. Die Ausdehnung als Folge der h'ärmeeinstrahlung
im normalen Betrieb wird durch eine Rückverflüssigungsanlage verhindert. Eine derartige
Einschränkung der Füllrate bedeutet je nach Art des Flüssiggases einen Verlust an
Ladevelumen
bis Zu 15 %.
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Line glichkeit, diesen Verlust an Ladevolumen auszuschalten, wird
durch die IMQO-Bestimmungen Paragraph 8.3 vorgeschlagen, wonach neben einer Rückverflüssigungsanlage
auch ein Sicherheitsventil vorgesehen werden muß, das im Falle von Feuer aktiviert
wird und bei einem niedrigeren Druck im Vergleich zu demjenigen des normalen Sicherheitsventils
anspricht. Dieser Ansprechdruck wäre dani de Referenzdruck für die Berechnung der
Reduzierung des Ladevolumens. Die Verwendung von zwei Sicherheitsventilen mit ur.terschiedlicilen
Ansprechdrücken nebeneinander ist jedoch nicht olsne weiteres möglich.
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Ausgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheitseirichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der der Verlust an Laderaum minimal
gehalten und die einfach und ohne großen technischen Aufwand verwirklicht werden
kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einrichtung zum Beaufschlagen
des Ventilelementes des Abblaseventils mit einem zusätzlichen Gasdruck, mit dem
das Ventilelement gegen den Ventilsitz drückbar ist, und eine niit dieser Einrichtung
verbundenen auslösbaren Entlastungseinriciitung für das Ventilelement.
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Durch den zusätzlichen Gasdruck wird am Abblaseventil erst der eigentliche
Ansprechdruck eingestellt, während durch das Auslösen der Entlastungseinrichtung
etwa durch Feuer (aber gegebenenfalls auch aus anderen Gründen, etwa durch Fernbedienung
von der Brücke ges Tankers aus) der Gasdruck, der das Ventilelement gegen den Ventilsitz
drückt, praktisch unmittelbar entfällt, wodurch das Abblaseventil direkt geöffnet
wird.
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Eine derartige Sicherheitseinrichtung benötigt keinen größeren technischen
Aufwand und macht insbesondere Gebrauch von den bereits vorhandenen hilfsgesteuerten
Abblaseventilen, die zu diesem Zweck im wesentlichen nur an die Einrichtung zum
Beaufschlagen des Ventilelementes mit einem zusätzlichen Gasdruck angeschlossen
werden müssen.
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Die Einrichtung zum Beaufschlagen des Ventilelementes des Abblaseventils
mit einem zusätzlichen Gasdruck besteht zweckmäßigerweise aus einer Inertgasquelle,
insbesondere einer Stickstoffflasche oder einer Stickstofflaschenbatterie, die über
ein Rückschlagventil mit dem Abblaseventil verbunden ist, um einerseits im Falle
des Ausbruchs von Feuer kein zusätzliches brennbares Gas zu liefern und andererseits
einen Rückfluß des Inertgases zu verhindern, wenn der Druck im Tank über den zusätzlich
aufgebrachten Gasdruck von der Inertgasquelle steigt. Die Inertgasquelle ist insbesondere
über eine Drossel mit dem Abblaseventil verbunden, um zu erreichen, daß weniger
Inertgas zum Abblaseventil strömt, als durch die Hilfssteuerung für das Abblaseventil,
die vorzugsweise aus einem Pilotventil besteht, oder durch die ausgelöste Entlastungseinrichtung,
die insbesondere aus Schmelzsicherungen gebildet wird, abströmen kann, so daß der
Druck über dem Ventilelement des Abblaseventils abfallen kann.
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/kann eine Membran sein und/ Das Ventilelement/ist insbesondere ein
geführter Ventilkolben, die im Falle der Auslösung der Entlastungseinrichtung, etwa
der Zerstörung einer Schmelzsicherung durch Erwärmung über den Schmelzpunkt, ein
Entspannen der Sicherheitseinrichtung bewirken, so daß das Abblaseventil als gewichtsbelastetes
(Gewicht des Kolbens) Sicherheitsventil arbeitet.
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Wenn im Tank ein Gasdruck herrscht, der über dem zusätzlichen Gasdruck
liegt, mit dem das Abblaseventil von der Inertgasquelle beaufschlagt wird, dient
das Gas aus dem Tank dazu, das Ventilelement dichtend gegen den Ventilsitz zu drücken,
während es im Feuerfalle über die auslösbare Entlastungseinrichtung, etwa eine Schmelzsicherung,
abströmt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den beigefügten Abbildungen
dargestellten bevorzugten Ausführungsbelspiels näher erläutert.
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Figur 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung.
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Figur 2 zeigt eine Schmelzsicherung, wie sie bei der Sicherheitseinrichtung
von Figur 1 verwendbar ist.
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Die in Figur 1 dargestellte Sicherheitseinrichtung weist ein Abblaseventil
10 auf, das über einen Flansch 11 und eine Dichtung 12
mit einem
Flansch 13 eines mit einem Tank verbundenen Rohrstutzens verbunden ist. An den Flansch
11 des Abblaseventils 10 schließt sich ein Ventilgehäuse 14 an, das über eine Dichtung
15 mit einem Ventildeckel 16 verschlossen ist, dem im Innern des Ventilgehäuses
14 der Ventilsitz 17 gegenüberliegt. Von dem Ventildeckel 16 zum Ventilsitz 17 erstreckt
sich eine Führungshülse 18, in der ein Ventilkolben 19 verschiebbar angeordnet ist,
der an der dem Ventilsitz 17 zugewandten Seite eine Ringdichtung 20 zum dichtenden
Eingriff mit dem Ventilsitz 17 und an der gegenüberliegenden Stirnseite eine Stellschraube
21 aufweist, mit der der Hub des Ventilkolbens 19 einstellbar ist. Durch Abheben
des Ventilkolbens 19 aus seinem dichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz 17 kann Gas
von dem Ventileinlaß 21 zum Ventilauslaß 22 strömen. Der Ventilauslaß 22 kann über
einen Flansch 23 mit einer Abführleitung verbunden sein.
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Der Gasdruck des Tanks wirkt einmal gegen die Stirnseite 24 des Ventilkolbens
19, die dem Ventilsitz 17 zugekehrt ist, und ferner über eine Umgangsleitung 25
auf die gegenüberliegende Stirnseite 26 des Ventilkolbens 19, die größer als die
Stirnfläche 24 ist.
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Hierdurch wird das Abblaseventil 10 vom jeweiligen Gasdruck im Tank
geschlossen, wobei die Schließkraft mit steigendem Gasdruck im Tank ansteigt. In
der Leitung 25 sind ein Rückschlagventil 27 sowie eine einstellbare Reduzierblende
28 und eine Festblende 29 angeordnet.
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Das Abblaseventil wird durch ein Pilotventil 30 gesteuert, das er
eine Verstärkungsring/51 I aufweist, die über eine Leitung 32 mit der Umgangsleitung
25 verbunden ist, wobei die Leitung 32 zwischen der einstellbaren Reduzierblende
28 und der Festblende 29 von der Umgangsleitung 25 abzweigt. Zusätzlich führt eine
Leitung 33 von der Umgangsleitung 25 vor der einstellbaren Reduzierblende 28 zu
einer Vergleichskammer 34 des Pilotventils 30. Die Vergleichskammer 34 steht somit
immer unter dem Druck, der in dem Tank herrscht.
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Die Vergleichskammer 34 ist von der Verstärkungsringkammer 31 durch
eine Verstärkermembrane 35 getrennt, während die Verstärkungsringkammer 31 ferner
durch eine Vergleichsmembrane 36 begrenztist.
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Das Pilotventil 30 besitzt ferner eine Pilotfeder 37, die einen Pilotkolben
38 gegen einen Pilotsitz 39 drückt, wobei der Pilotkolben
38 zwei
Platten 40, 41 aufnimmt, wobei zwischen den Platten 40 und 41 die Vergleichsmembrane
36 verläuft, während sich die Verstärkermembrane 35 von unten gegen die Platte 41
legt. Die Platte 40 besitzt einen kleineren Durchmesser als die Platte 41. Der Pilotkolben
38 nimmt ferner eine Dichtmembrane 42 auf, durch die die Vergleichskammer 34 begrenzt
wird. Ein Pilotauslaß 43 benachbart dem Pilotsitz 39 un* ist mit dem Ventilauslaß
22 und ferner über ein Rückschlagventil 44 mit der Umgangsleitung 25 verbunden.
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29 Ferner ist die Umgangs leitung 25 hinter der Festblende/mit dem
Pilotventil 30 zur Beaufschlagung des Pilotsitzes 39 verbunden.
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Der weiche Pilotsitz 39 öffnet ich, wenn die aus den Drücken resultierenden
Kräfte auf den Pilotsitz 39 und die Verstärkermembrane 35 abzüglich der Kraft auf
die Dichtmembrane 42 größer sind als die Kraft der Pilotfeder 37. Die Kräfte auf
den Pilotsitz 39 und die Dichtmembrane 42 sind dabei vernachlässigbar klein.
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Der Ansprechdruck des Abblaseventils 10 ist der Druck, bei dem der
auf die wirksame Fläche der Vergleichsmembrane 36 wirkende Druck eine die Kraft
der Pilotfeder 37 übersteigende Gegenkraft erzeugt.
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Bei diesem Druck hebt der Pilotsitz 39 leicht ab, so daß ein geringer
Gasstrom das Pilotventil 30 und den Pilotauslaß 43 durchströmt.
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Hierdurch erfolgt ein Druckabfall an der einstellbaren Reduzierblende
28, so daß der Druck der Verstärkungsringkammer 31 zwischen der Verstärkungs- und
der Vergleichsmembrane 35 bzw. 36 abnimmt.
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Obwohl es sich nur um eine kleine Druckabnahme handelt,bewirkt sie
aufgrund der Membranflächen ein schnelles offenen des Pilotventils 30. Bei voll
geöffnetem Pilotventil 30 und vollem Durchfluß durch die einstellbare Reduzierblende
28 und die Festblende 29 erfolgt ein hoher Druckabfall an der Stirnseite 26 des
Ventilkolbens 19, wodurch der anstehende Druck des Tanks überwiegt und den gesamten
Querschnitt des Ablaseventils 10 unverzögert freigibt.
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Der Durchfluß hält an, bis der Druck im Tank reduziert ist und die
Kraft der Pilotfeder 27 größer als die auf die Pilotfeder 37 ausgeübten Kräfte der
Membranen wird. Wenn die Pilotfeder 37 den Pilotkolben
38 herunterdrückt,
wird der Durchfluß durch die einstellbare Reduzierbiende 28 verringert, der Druckverlust
sinkt im gleichen Maße, wie der Druck in der Verstärkungsringkammer 31 steigt und
bewirkt ein unverzögertes Schließen.
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Der Druck, bei dem die Kraft der Pilotfeder 37 größer als die Aufwärtskräfte
der Membranen 35, 36 wird, kann durch Änderung des Druckverlustes an der einstellbaren
Reduzierblende 28 und der dadurch hervorgerufenen Druckänderung in der Verstärkungsringkammer
31 eingestellt werden.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Inertgasquelle, beispielsweise eine
Stickstoffflasche 50 vorgesehen, die über ein Reduzierventil 51 und eine Leitung
52 mit der Umgangsleitung 25 hinter der Festblende 29 verbunden ist. Das Reduzierventil
51 dient zum Reduzieren des Druckes der Inertgasquelle 50 auf den gewünschten Wert.
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Der gewünschte Wert muß niedriger als der Ansprechdruck des Pilotventils
30 liegen, da dieser sonst ansprechen würde, aber auch möglichst hoch, um eine bessere
Abdichtung des Ventilkolbens 19 zu erzielen. Ferner ist die Leitung 52 mit einem
Sicherheitsventil 53 verbunden, das zur Verhinderung eines Druckaufbaus in der Leitung
52 über den vorgesehenen Druck dient. Die Leitung 52 weist ferner dem Reduzierventil
51 nachfolgend ein Rückschlagventil 54 und eine Drossel 55 auf. Von der Leitung
52 zweigt eine Leitung 56 ab, die über Schmelzsicherungen 57 mit dem Ventilaustritt
22 verbunden ist. Die Schmelzsicherungen 57 sind in der Nähe des Tanks an verschiedenen
Stellen angeordnet.
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Das Pilotventil 30 ist derart eingestellt, daß dieses das Abblaseventil
10 bei dem vorgeschriebenen Ansprechdruck öffnet. Bei Zerstörung einer Schmelzsicherung
57 etwa im Falle des Ausbruchs von Feuer wird der Raum über dem Ventilkolben 19
entlüftet, ohne daß der Pilotkolben 38 geöffnet wird. Aufgrund der Entlüftung öffnet
der Ventilkolben 19 trotzdem. Hierbei kann sogar etwas Gas aus dem Tank über die
Umgangsleitung 22 und die Leitung 56 über die zerstörte Schmelzsicherung 57 in die
Abblaseleitung 22 ausströmen.
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Das Abblaseventil 10 wird somit über eine zerstörte Schmelzolcherung
57 unter dem normalerweise vorgesehenen Ansprechdruck geöffnet. Ansonsten liefert
jedoch die Inertgasquelle 50 eine zusätzliche
Druckbeaufschlaqung
für den Kolben 19.
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Durch die Drossel 55 wird erreicht, daß bei geöffnetem Pilotventeil
30 und einer zerstörten Schmelzsicherung 57 mehr Stickstoff abströmen kann, als
nachgeliefert wird, so daß der Druck in der Leitung 52 und damit auch über dem Kolben
19 des Abblaseventils 14 abfällt.
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Sollte der Druck in der Leitung 52 z.B. beim Versagen des Druckreduzierventils
51 höher als der eingestellte Ansprechdruck des Pilotventils 30 werden, dann wird
das Pilotventil 30 den Druckraum über dem Kolben 19 entlasten, als ob der Druck
im Tank bis zum Ansprechdruck angestiegen wäre, so daß sich das Abblaseventil 10
öffnen kann. Durch die zusätzliche Druckbeaufschlagung aus der Inertgasquelle 50
wird daher die Sicherheitsfunktion der Sicherheitseinrichtung, bestehend aus Abblaseventil
10 und Pilotventil 30, in keiner Weise beeinträchtigt.
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Das Rückschlagventil 54 dient zur Verhinderung eines Rückflusses,
wenn der Druck im Tank über den Stickstoffdruck ansteigt.
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Die Inertgasquelle 50 kann mit verschiedenen anderen Abblaseventilen
über entsprechende Leitungen 52', 52" mit entsprechenden Rückschlagventilen 54',
54" bzw. Drossel 55', 55" zusätzlich verbunden sein.
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Eine Schmelzsicherung 57, wie sie in der Sicherheitseinrichtung von
Figur 1 verwendet werden kann, ist in Figur 2 dargestellt, sie besteht aus einem
an einem Ausgang verschlossenen T-Stück 59, das an die Leitung 56 über ein Anschlußstück
60 angeschlossen wird. In das Anschlußstück 60, das dicht mit dem T-Stück 59 verschraubt
ist, ist innerhalb des T-Stücks 59 eine Schraube 61 eingeschraubt, die eine Bohrung
62 aufweist, die sich konisch zum Verbindungsstück 60 hin öffnet. In der Bohrung
72 befindet sich ein eingegossenes Lot 63, das beispielsweise einen Schmelzpunkt
zwischen 98 und 1040 C aufweist und bei Ausbruch von Feuer durch die Erwärmung des
Feuers schmilzt, so daß der Strömungsweg für
das Gas aus der Inertgasquelle
50 durch die Leitung 56, das Verbindungsstück 60, die Schraube 61,das T-Stück 59
zu dem Ventilaustritt 22 freigegeben wird.
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Um eine zerstörte Schmelzsicherung 57 ersetzen zu können, ist ein
mit Hand betätigbares Ventil 64 in der Leitung 56 stromaufwärts von den Schmelzsicherungen
57 vorgesehen.
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An Stelle der Schmelzsicherungen 57 von Figur 2 können auch andere
auslösbare Einrichtungen verwendet werden, die durch Temperatureinwirkung, Fernsteuerung
oder Handbedienung auslösbar und gegebenenfalls zusätzlich zu den Schmelzsicherungen
57 vorgesehen sind.
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Mit einer derartigen Sicherheitseinrichtung kann auf einfache Weise
der Verlust an Laderaum minimal gehalten werden.
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Beispiel: Geometrisches Tankvolumen V = 100 m3 geforderter Ansprechdruck
der Sicherheitseinrichtung p = 5,5 bara geforderter Ansprechdruck der Sicherheitseinrichtung
im Brandfall p = 1,4 bara Ladung PROPAN Ladungstemperatur t = -400C 0 Sättigungsdruck
po= 1,137 bara Wichte bei: p = 5,5 bara g = 523 kp/m3 = dR p = 1,4 bara γ
= 574 kp/m³ p = 1,137 bara γ = 579 kp/m³ = dL a) zulässige Füllrate bei Verwendung
einer Sicherheitseinrichtung, die nur aus Abblaseventil und Pilotventil besteht:
VL = 0,98 = . V. = dR = 0,98 . 100 . 523 = 88,52 m³ dL 579 VERLUST = 98 - 88,52
. 100 = 9,7 % 98
b) zulässige Füllrate bei Verwendung der erfindungsgemäßen
Sicherheitseinrichtung V = 0,98 . 100 . 77 = 97,16 m3 VERLUST = 98 - 97,16 . 100
~ 1% 98
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