DE3447985C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für einen Druck-Behälter mit einem an den Druck-Behälter angeschlossenen vorgesteuerten Überdruck-Ventil, welches bei Überschreiten eines Grenzdrucks öffnet und mit wenigstens einem temperaturabhängig arbeitenden Ventil, das bei Überschreiten einer vorbestimmten Grenztemperatur öffnet.

Eine Sicherheitseinrichtung der vorstehend genannten Art ist aus US-PS 31 74 410 bekannt. Hierbei ist die Auslegung derart getroffen, daß ein Sicherheitsventil bei Überschreiten eines Grenzdruckes öffnet. Ferner ist zusätzlich in dem Ventilblock ein zweites, temperaturabhängig arbeitendes Ventil vorgesehen, das unabhängig von dem Grenzdruck abhängig arbeitenden ersten Sicherheitsventil über einen Kanal öffnet, wenn eine vorbestimmte Grenztemperatur überschritten wird. Für die Entlastung unter Berücksichtigung der Temperatur ist somit ein zweites Ventil vorgesehen, und beide Ventile haben jeweils gesonderte Entlastungsöffnungen, die zu einem Druckbehälter führen. Somit sind bei dieser Auslegung zwei gesonderte Auslaßeinrichtungen zum Bewirken einer Entlastung erforderlich, da das temperaturabhängig arbeitende Ventil völlig unabhängig von dem Grenzdruck abhängig arbeitenden Ventil auslöst. Hierbei ergeben sich insbesondere komplizierte Auslegungen für die Leitungen der Auslaßeinrichtung, und zudem arbeitet das temperaturabhängig arbeitende Ventil völlig unabhängig vom Systemdruck.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitseinrichtung für einen Druckbehälter gegen eine unzulässige Druckerhöhung bereitzustellen, die darüber hinaus mit einfachen baulichen Mitteln gleichzeitig auch eine Sicherheit gegen eine unzulässige Temperaturerhöhung bietet.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Sicherheitseinrichtung für einen Druck-Behälter mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung arbeitet das temperaturabhängig arbeitende Ventil nicht völlig unabhängig vom Betriebsdruck im System, sondern die Sicherheitseinrichtung umfaßt Absperrorgane, denen Schmelzelemente zugeordnet sind. Das jeweilige Absperrorgan ist eingangsseitig mit einer Druckquelle und ausgangsseitig mit einem Steuerventil verbunden. Der Ausgang des Steuerventils ist mit dem als Membranventil ausgebildeten, vorgesteuerten Überdruckventil verbunden. Daher arbeitet das temperaturabhängig arbeitende Ventil mit diesem als Membranventil ausgebildeten, vorgesteuerten Überdruckventil derart zusammen, daß beim Überschreiten der Grenztemperatur und beim Schmelzen des Schmelzelements das Absperrorgan in seine Offenstellung gebracht wird, in der der eingangsseitige Druck einer Druckquelle über den mit dem Steuerventil verbundenen Ausgang auch an dem Steuerventil anliegt, das dann der Grenzdruck des Überdruckventils auf einen niedrigeren Grenzdruck herabsetzt, so daß eine Ausleitung des Druckmittels vom System insgesamt nur über die entsprechenden Leitungen des Überdruckventils erfolgt. Hierbei ist die Auslegung derart getroffen, daß der Grundsystemdruck auch bei geöffnetem, temperaturabhängig arbeitendem Ventil zum Öffnen des vorgesteuerten Überdruckventils überschritten werden muß. Die Sicherheitseinrichtung nach der Erfindung umfaßt somit eine Temperatursicherung, die in das Drucksystem der Anlage eingebunden ist, so daß eine Entlastung erst bei einer gekoppelten Bedingung, nämlich Temperatur größer als Grenztemperatur und Druck am Überdruckventil gleich oder größer als der Druck der Druckquelle, die mit dem Eingang des temperaturabhängig arbeitenden Ventils verbunden ist, erfolgt. Hierbei erhält man eine wesentliche Vereinfachung dahingehend, daß für das Ausleiten des Fluids bei Überschreiten des Grenzdruckwertes und/oder der Temperatur und eines zweiten niedrigeren Grenzdruckwertes über eine gemeinsame Einrichtung, das als Membranventil ausgebildete, vorgesteuerte Überdruckventil, erfolgt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 wiedergegeben.

Wenn mehrere, temperaturabhängig arbeitende Ventile im Gesamtsystem vorgesehen sind, um verschiedene Grenztemperaturen zu berücksichtigen, werden die Ausgänge der Absperrorgane miteinander vor dem Einlaß des Steuerventils zweckmäßigerweise über parallel geschaltete Anordnungen verbunden. Ein Druckanschluß mit einer Druckquelle für das jeweilige Absperrorgan erfolgt mit Hilfe von relativ kurzen Leitungen. Insbesondere braucht man bei einer solchen Auslegungsform keine komplizierten Verknüpfungen der temperaturabhängig arbeitenden Ventile untereinander, und darüber hinaus ergeben sich auch keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Auslösung dieser temperaturabhängig arbeitenden Ventile unter Berücksichtigung ihrer Reihenfolge, da selbst dann, wenn die Schmelzelemente aller Absperrorgane gleichzeitig schmelzen und alle Absperrorgane offen sind, über das gemeinsame Steuerventil sofort und zuverlässig der Grenzdruck des Überdruckventils auf einen niedrigeren Grenzdruckwert herabgesetzt wird.

Aus GB-OS 2 20 950 hingegen ist ein Druckentlastungsventil bzw. ein Überdruckventil bekannt, bei dem eine Druckentlastung vorgesehen ist, die Explosionen eines zugeordneten Druckbehälters oder dgl. infolge von erhöhten Temperaturen vermeidet, die beispielsweise infolge eines außerhalb der Anlage brennenden Feuers auftreten. Hierbei können ein oder mehrere temperaturabhängig arbeitende Einrichtungen vorgesehen sein, die in Form von schmelzbaren Stoffen ausgelegt sein können. Hierbei wird das druckabhängig arbeitende Überdruckventil übersteuert, wenn die temperaturabhängig arbeitende Einrichtung in Form von Stopfen zum Erschmelzen kommt. Mit Hilfe eines Hebelmechanismus wird das Überdruckventil beim Schmelzen dieser Stopfen derart beaufschlagt, daß zur Übersteuerung des Überdruckventils die zur Verstellung des Auslösegrenzwerts für das Überdruckventil bestimmte Federkraft der dem Überdruckventil zugeordneten Feder überwunden wird, so daß eine automatische Entlastung auf 75%, 50%, 25% des Grundbetriebsdrucks der Anlage erfolgt. Bei dieser Auslegung müssen zusätzliche Einrichtungen, wie Hebelmechanismen und dgl. vorgesehen sein, um das Überdruckventil zu übersteuern, wenn infolge einer beispielsweise durch Brand verursachten Außentemperaturerhöhung die Schmelzelemente zum Erschmelzen kommen. Hierdurch verkompliziert sich die Gesamtauslegung einer derartigen Sicherheitseinrichtung, und zudem ist der mechanische Hebelübertragungsmechanismus störungsanfällig.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Sicherheitseinrichtung;

Fig. 2 einen schematischen Schaltplan einer Anlage mit einer solchen Sicherheitseinrichtung für einen Druck-Behälter,

Fig. 3 eine vergrößerte und teilweise geschnitten gezeigte Teilansicht des Schaltplans nach Fig. 2.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt im wesentlichen drei Teile:

• - einen zwei Rohrleitungen A und B aufnehmenden Körper 1;
• - einen ein Verschlußstück 3 aufnehmenden Sitz 2; und
• - ein Stützmittel oder eine Platte 4, auf der Schmelzelemente 5 zur Auflage kommen, die beispielsweise als Ringe ausgebildet sind.

Eine Druckschraube 6 ist vorgesehen, um das Verschlußstück 3 an den Körper 1 gegen eine Schraubenfeder 7 anliegen zu lassen, die auf der anderen Seite des Verschlußstücks in einer mit der Rohrleitung oder Zufuhröffnung A in Verbindung stehenden Bohrung 8 angeordnet ist. Eine Konter- oder Sicherungsmutter 9 ermöglicht eine korrekte Blockierung der Druckschraube 6, die zum Zusammenarbeiten mit dem Verschlußstück 3 durch die Platte 4 geschraubt ist und durch eine Bohrung 10 im Sitz 2 geht.

Wenigstens drei um 120° gegeneinander versetzt angeordnete Befestigungsschrauben 11 halten die Platte 4, indem sie durch dieselbe gegen und in den Sitz 2 eingeschraubt sind, wobei zwischen der Platte 4 und dem Sitz 2 eine Dichtung 12 angeordnet ist. Durch die Schmelzelemente 5 gegen die Befestigungsschrauben 11, und die Schmelzelemente 5 sind zwischen den Köpfen dieser Befestigungsschrauben 11 und der Platte 4 angeordnet.

Eine weitere Dichtung 13 ist zwischen dem Körper 1 und dem Sitz 2 angeordnet, wobei zwischen den beiden Teilen eine Kammer 14 zur Aufnahme des Verschlußstücks 3 ausgebildet ist, in welche die Bohrung 8, die Bohrung 10 und ein Kanal 15 münden, an den die austrittsseitige Rohrleitung B angeschlossen ist.

Sowohl die Mündung der Bohrung 8 in die Kammer 14 als auch die Mündung der Bohrung 10 in diese Kammer 14 stellen jeweils eine kreisförmige Lippe 8 A bzw. 10 A dar, wobei die Lippe 8 A der Bohrung 8 und die Lippe 10 A der Bohrung 10 zugeordnet ist und wobei zwischen diesen Lippen 8 A bzw. 10 A das Verschlußstück 3 angeordnet ist.

Die Sicherheitseinrichtung, die zweckmäßigerweise vertikal mit der Platte 4 nach unten weisend angeordnet ist, arbeitet wie nachstehend angegeben ist.

Bei Umgebungstemperatur ist die Verbindung A-B abgesperrt. Die Druckschraube 6 übt auf das Verschlußstück eine Kraft aus, die sich auf die Schraubenfeder 7 überträgt und die das Verschlußstück 3 auf dem Körper 1 aufliegen läßt.

Bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt der Legierung, aus der die Schmelzelemente 5 ausgebildet sind, schmelzen diese und sie halten die Platte 4 nicht mehr und klemmen sie auch nicht mehr fest.

Die Schraubenfeder 7 (hier unterstützt durch die Schwerkraft) drückt das Verschlußstück 3, das anfänglich an dem Körper 1 anlag, gegen die kreisförmige Lippe 10 A, wodurch folglich die Verbindung zwischen den Rohrleitungen A und B durch die Kammer 14 ermöglicht wird und zugleich durch den Kontakt des Verschlußstücks 3 mit der kreisförmigen Lippe 10 A die Abdichtung gegenüber der Außenumgebung sichergestellt ist. Bei seiner Verschiebung bewegt das Verschlußstück 3 die Druckschraube 6 und die Platte 4 mit, die an den Köpfen der Befestigungsschrauben 11 anliegt.

Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel einer Sicherheitseinrichtung, in der ein oder mehrere, durch Schmelzelemente 5 gesteuerte automatisch sich öffnende Absperrorgane D 1, D 2, D 3 . . . vorgesehen sind. Sie dient zum Schutz einer Druckquelle 17, die von einem Fluid-Behälter gebildet wird an die ein Membranventil 18 mit einer Membran 18 A als vorgesteuertes Überdruckventil ausgeschlossen ist und mit einem Vorsteuerelement 19 versehen ist, das mit einer internen Zuleitung F 1 versehen ist (eine externe Zuleitung F 2 kann ebensogut vorgesehen sein). Das Vorsteuerelement 19 ist auf einen Grenzdruck P 0 eingestellt.

Neben den Absperrorganen D 1, D 2, D 3, . . . hat die Sicherheitseinrichtung ausgangsseitig ein Steuerventil 20, das sich in das obere Gehäuse des Überdruckventils öffnet. Es erfolgt hierdurch ein innerer Druckausgleich von P 1 auf P 0, wenn die Temperatur abnormal ansteigt, wobei das Steuerventil 20 über die Absperrorgane D 1, D 2, D 3, . . . angesteuert wird. Der größte Teil des Fluid-Behälters 17 kann daher über das Membranventil 18 entlastet werden, das sich öffnet und hierbei vor einem Temperaturanstieg den Grenzdruck auf einen niedrigeren Grenzdruck P 1 herabsetzt.

Die Versorgung über die Rohrleitung A von den Absperrorganen D 1, D 2, D 3, . . . kann vom Druckbehälter 17 aus erfolgen. In diesem Fall muß die Grenzdruckeinstellung P unter dem Druck liegen, der im Druckbehälter 17 herrscht. Es ist aber ebensogut möglich, sie durch eine Nebendruckquelle für Luft oder Stickstoff zu versorgen, unter der Bedingung, daß die Nebendruckquelle einen höheren Druck als P 1 hat, der entweder konstant ist, wobei sich der Druck-Behälter 17 vollständig entleert, oder der niedriger als P 1 wird, wobei die Sicherheitseinrichtung das Überdruckventil wieder schließt und sich der Druck im Druck-Behälter 17 bei P 1 wie im ersten Fall stabilisiert, bei dem die Versorgung vom Druck-Behälter 17 aus erfolgt.

Die Absperrorgane D 1, D 2, D 3, . . . können parallel in einer solchen Weise angeordnet sein, daß sie die Druckquelle oder den Druck-Behälter 17 an mehreren Zonen schützen. In diesem Fall steuert das Erfassen einer erhöhten Temperatur in einer der Zonen das Öffnen des als Membranventil 18 ausgebildeten Überdruckventils. Sicherheitseinrichtungen (gestrichelt dargestellt) sind parallel zu einer Hauptsicherheitseinrichtung (in durchgezogenen Linien dargestellt) geschaltet.

Die für die Schmelzelemente 5 verwendeten Legierungen können so gewählt werden, daß man Schmelzelemente 5 mit unterschiedlichen Schmelzpunkten erhält.

Nach einer nicht dargestellten Variante sind die Absperrorgane als Kaskade in Serie geschaltet. Das Öffnen eines Absperrorgans steuert in diesem Fall die Zufuhr zum darauffolgenden und so fort, bis zum Steuerventil 20, wenn die Temperatur ständig ansteigt.

Am Ausgang des Steuerventils 20 kann eine Ausström-Drossel 21 so vorgesehen sein, daß eine Folgeregelung der Hauptausströmung aus dem Membranventil 18 ermöglicht wird. Die Ausström-Drossel 21 kann eine Düsenspitze 22 (Fig. 4) aufweisen.

Schließlich kann in Abhängigkeit von der Bauart des Steuerventils 20 ein Verschlußstopfen bzw. -element 23 an einer Stelle des Fluidkreises dieser Steuerung (Fig. 3) vorgesehen sein, um die Fluidzufuhr über das Membranventil 18 zu umgehen.

Mittels der Sicherheitseinrichtung können Druckquellen beliebiger Art temperaturabhängig geschützt werden.

Claims (5)

1. Sicherheitseinrichtung für einen Druck-Behälter mit einem an den Druckbehälter angeschlossenen vorgesteuerten Überdruck-Ventil, welches bei Überschreitung eines Grenzdrucks öffnet, und mit wenigstens einem temperaturabhängig arbeitenden Ventil, das bei Überschreiten einer vorbestimmten Grenztemperatur öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgesteuerte Überdruckventil als Membranventil (18) ausgebildet ist, daß das temperaturabhängig arbeitende Ventil als ein mit einem Schmelzelement (5) versehenes Absperrorgan (D 1, D 2, D 3) ausgebildet ist, das eingangsseitig mit einer Druckquelle (17) und ausgangsseitig mit einem Steuerventil (20) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Überdruck-Membranventil (18) verbunden ist, und daß bei Überschreiten der Grenztemperatur das Schmelzelement (5) schmilzt, das Absperrorgan (D 1, D 2, D 3) infolgedessen öffent und das Steuerventil (20) den Grenzdruck (P 0) für das Überdruck-Membranventil (18) auf einen niedrigeren Grenzdruck (P 1) herabsetzt.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle vom Fluid-Behälter (17) gebildet ist.

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle von einem Druckgas-Versorgungsnetz gebildet ist.

4. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Absperrorgane (D 1, D 2, D 3) parallel geschaltet sind.

5. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem vom Membranventil (18) abgewandten Ausgang des Steuerventils (20) eine Ausström-Drossel (21) angeordnet ist.