DE69118983T2

DE69118983T2 - Vorsteuerventil für Regelventile und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE69118983T2
Application number: DE69118983T
Authority: DE
Inventors: Michael D Mcneely
Original assignee: Keystone International Holdings Corp
Current assignee: Keystone International Holdings Corp
Priority date: 1990-06-04
Filing date: 1991-05-16
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2011-05-17
Also published as: KR100194854B1; JPH04231784A; DE69118983D1; KR920021908A; CA2042787A1; JP3043466B2; US5027852A; MX173879B; EP0468621A1; EP0468621B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Steuerventil für ein Ventil in einer Hauptströmungsleitung und insbesondere ein solches Steuerventil sowie ein Betriebsverfahren unter Verwendung einer vom Prozeßfluid in der Hauptströmungsleitung getrennten Fluidquelle.
Es war bisher üblich, zum Betrieb des Steuerventils des gesteuerten Hauptventils nur das Prozeßfluid in der erfaßten Hauptströmungsleitung zu verwenden. Das Prozeßfluid in der Hauptströmungsleitung enthält oft Fremdkörper, die Strömungskanäle zusetzen oder Dicht- oder Gleitflächen auf Abstand halten oder verklemmen können. In solchen Anwendungen lassen sich Steuerventile zwar erfolgreich benutzen; sie müssen aber ausreichend gewartet und gereinigt werden, damit sie funktionsbereit bleiben. Die fortwährende oder häufige Wartung solcher Steuerventile ist jedoch ein unerwünschter Zwang.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf ein Steuerventil für ein Regelventil in einer Hauptströmungsleitung, in der das Steuerventil zwar das Prozeßfluid erfaßt, dieses aber von dessen kritischen Arbeitselementen und denen des zugehörigen Regelventils inkl. der Strömungskanäle, der Sitz- und Dichtflächen des Steuerventils und dem Kuppelkammer des Hauptventils isoliert bleibt. Zum Kontakt mit der Kuppelkammer des Hauptventils und den Sitz- und Dichtflächen des Steuerventils wird eine separate Quelle eines sauberen Fluids wie bspw. eines Hochdruckgases verwendet, so daß diese Arbeitselemente nur mit einem sauberen trockenen Gas in Berhrung eraten. Für die Druckgasquelle sorgt ein Fluiddruckregler für die Speisung des Steuerventils mit vorbestimmtem konstantem Fluiddruck.
Das Steuerventil hat eine Fluidzulauffühlkammer, die in Strömungsverbindung mit Prozeßfluid aus der Hauptströmungsleitung steht, und eine separate Fluidzulaufkammer in Strömungsverbindung mit einer separaten, vom Prozeßfluid isolierten Quelle eines Hilfs- Druckfluids. Eine Fluid-Zwischenkammer in Strömungsverbindung mit der Kuppelkammer des Regelventils ist wahlweise in Strömungsverbindung mit der Fluidzulaufkammer für die Fluidzufuhr zur Kuppelkammer bringbar, sobald in der Fühlkammer ein vorbestimmter niedriger Druck des Prozeßfluids erfaßt wird. Die Fluid- Zwischenkammer kann auch wahlweise in Strömungsverbindung mit der Atmosphäre bringbar, um Fluid aus der Kuppelkammer abzulassen, sobald das Prozeßfluid in der Fühlkammer einen vorbestimmten hohen Druck erreicht. Ein geeignetes, auf den Prozeßfluiddruck in der Fühlkammer ansprechendes Ventil ist vorgesehen, um die Zwischenkammer wahlweise in Strömungsverbindung mit der Fluidzulaufkammer zu bringen, die das Hilfsfluid bei einem vorbestimmten niedrigen Druck des Prozeßfluids enthält, und um die Zwischenkammer bei einem vorbestimmten hohen Fluiddruck im Prozeßfluid wahlweise in Strömungverbindung mit einer Ablaßkammer zu bringen. Das Prozeßfluid und die Hilfs-Fluidquelle bleiben während des gesamten Betriebs des Steuerventils gegeneinander vollständig isoliert.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Vor- bzw. Steuerventil für ein Regelventil anzugeben, bei dem das erfaßte Prozeßfluid von der Kuppelkammer des Steuerventils und von den Sitz- und Dichtflächen des Steuerventils vollständig isoliert ist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Steuerventil für ein Regelventil in einer Hauptströmungsleitung anzugeben, das eine Zulauffühlkammer zum Erfassen des Prozeßfluids in der Hauptströmungsleitung sowie eine separate Hilfsfluidzulaufkammer mit einem separaten Hilfsfluid zum Betrieb des Steuerventils aufweist.
Es ein zusätzliches Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils durch Benutzen einer separaten Hilfs-Fluidquelle, Erfassen der Prozeßfluids in der Hauptströmungsleitung und ein separates Hilsfluid zum Betreiben des Steuerventils anzugeben.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein solches Steuerventil für ein Regelventil anzugeben, bei dem dem Steuerventil zu dessen Betrieb eine vom erfaßten Prozeßfluid separate Hilfs-Druckgasquelle dem Steuerventil mit einem vorbestimmten konstanten Druck zugeführt wird und in wahlweiser Strömungsverbindung mit der Kuppelkammer des Steuerventils steht.
Die Erfindung schafft folglich ein Sicherheits-Druckentlastungssystem für ein Druckgefäß mit einem Sicherheits-Druckentlastungsventil in einer vom Druckgefäß abgehenden Hauptströmungsleitung, wobei das Sicherheitsventil ein hin- und hergehendes kolbenartiges Ventilelement, das in einer normalerweise geschlossenen Stellung sich in der Strömungsleitung befindet, und eine Kuppelkammer an einem Ende des hin- und hergehenden Ventilelements aufweist,
einem Steuerventil mit einer Fluidzulauf-Fühlkammer für Prozeßfluid aus der Strömungsleitung und einer Fluidzulauf-Vorratskammer für ein vom Prozeßfluid separates Hilfsfluid,
einer Einrichtung, die eine Strömungsverbindung zwischen der Hauptströmungsleitung und der Fluidzulauf-Fühlkammer herstellt,
einer Einrichtung, die der Fluidzulauf-Vorratskammer ein Hilfsfluid mit vorbestimmtem Fluiddruck zuführt,
einer separaten Fluidkammer im Steuerventil, die in Strömungsverbindung mit der Kuppelkammer steht,
einer Ablaßöffnung zur Atmosphäre in der separaten Fluidkammer,
einem bewegbaren Fluidfühlelement in der Fühlkammer, das dem Prozeßfluid ausgesetzt ist und auf Druckänderungen in der Hauptströmungsleitung anspricht, und
einer Ventileinrichtung zwischen der separaten Fluidkammer und der Ablaßöffnung, die im Ruhezustand die Verbindung zwischen der separaten Fluidkammer und der Vorratskammer sperrt,
wobei die Ventileinrichtung auf eine Bewegung des Fluidfühlelements bei einem vorbestimmten Fluiddruck anspricht, um eine Strömungsverbindung zwischen der separaten Fluidkammer und der Ablaßöffnung herzustellen und so beim Erreichen eines vorbestimmten Fluiddrucks im Prozeßfluid den Fluiddruck in der Kuppelkammer zu verringern.
Vorzugsweise weist das Sicherheits-Druckentlastungssystem eine zusätzliche Ventileinrichtung zwischen der Fluidzulauf-Vorratskammer für den Hilfsfluidvorrat und der separaten Fluidkammer auf, die im Ruhezustand die Strömungsverbindung zwischen der separaten Fluidkammer und der Zulauf-Vorratskammer sperrt,
wobei die Ventileinrichtung auf eine Bewegung des Fluidfühlelements bei vorbestimmtem Fluiddruck des Prozeßfluids anspricht, um eine Strömungsverbindung zwischen der Fluidzulauf-Vorratskammer und der separaten Fluidkammer herzustellen und so der separaten Fluidkammer und der Kuppelkammer bei einem vom Prozeßfluid erreichten vorbestimmten Druck Hilfsfluid zuzuführen.
Vorzugsweise weist das bewegbare Fluidfühlelement eine Membran und einen zur Bewegung mit dieser mit ihr verbundenen Kolben auf.
Ebenfalls vorzugsweise weist die Ventileinrichtung einen Schieber auf, der auf den ansprechend bei einem vorbestimmten Fluiddruck des Prozeßfluids öffnet und eine Strömungsverbindung zwischen der Kuppelkammer und der Ablaßöffnung herstellt, um den Druck in der Kuppelkammer zu entlasten, und so das Sicherheits Druckentlastungsventil beim Erreichen eines vorbestimmten hohen Fluiddrucks im Prozeßfluid zu öffnen.
Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils für ein Ventil in einer Hauptströmungsleitung in einem Sicherheits-Druckentlastungssystem mit folgenden Schritten angegeben:
Vorsehen einer Fluidzulauf-Fühlkammer im Steuerventil, die in Strömungsverbindung mit dem Prozeßfluid in der Hauptströmungsleitung steht,
Vorsehen einer Fluidzulaufvorratskammer im Steuerventil, die in Strömungsverbindung mit einem Vorrat eines vom Prozeßfluid getrennten Hilfsfluids steht,
Vorsehen einer Quelle des Hilfsfluids für die Fluidzulauf-Vorratskammer,
Vorsehen einer Fluid-Zwischenkammer in Strömungsverbindung mit einer Kuppelkammer im Ventil sowie in wahlweiser Strömungsverbindung mit der Fluidzulauf-Vorratskammer,
Vorsehen einer Fluid-Ablaßkammer in wahlweiser Strömungsverbindung mit der Fluid-Zwischenkammer, um den Fluiddruck in der Kuppelkammer zu verringern, und
Vorsehen einer Ventileinrichtung zwischen der Fluid-Zwischen- und der Ablaßkammer, die auf Änderungen des Drucks des Prozeßfluids in der Fluidzulauf-Fühlkammer ansprechend die Verbindung zwischen der Fluid-Zwischenkammer und der Ablaßkammer im Normalbetrieb sperrt, wobei diese Ventileinrichtung eine Strömungsverbindung zwischen der Zwischen- und der Ablaßkammer bei in Erreichen eines vorbestimmt hohen Fluiddrucks in der Fluidzulauf-Fühlkammer erlaubt, um den Fluiddruck in der Kuppelkammer zu verringern.
Vorzugsweise weist das Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils weiterhin folgende Schritte auf:
Vorsehen einer zusätzlichen Ventileinrichtung zwischen der Fluid-Zwischen- und der Fluidzulauf-Vorratskammer, die auf Änderungen des Drucks des Prozeßfluids in der Fluidzulauf-Fühlkammer ansprechend die Verbindung zwischen der Fluid-Zwischen- und der Fluidzulauf-Vorratskammer im Normalbetrieb sperren, wobei die zusätzliche Ventileinrichtung eine Strömungsverbindung zwischen der Zwischen und der Fluidzulaufkammer beim Erreichen eines vorbestimmt niedrigen Fluiddrucks in der Fluidzulauf- Fühlkammer zuläßt, um so die Kuppelkammer des Steuerventils mit dem Hilfsfluiddruck zu beaufschlagen.
Andere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine teilweise schaubildliche Schnittdarstellung eines Systems zum Ansteuern eines Druckentlastungsventils in einer Hauptströmungsleitung mit dem verbesserten Steuerventil nach der vorliegenden Erfindung und einer separaten Hilfsfluidquelle;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Detaildarstellung des verbesserten Steuerventils nach Fig. 1 und zeigt dieses im normalen Arbeitszustand, in dem der Schieber aufsitzt und die Strömungsverbindung zur Zwischen-Fluidkammer und der Kuppelkammer der Druckentlastungsventils sperrt;
Fig. 3 ist eine vergrößerte Detaildarstellung des Steuerventil entsprechend der Fig. 2, zeigt dieses aber unter einem vorbestimmten hohen Prozeßfluiddruck in der Hauptströmungsleitung, wobei die Zwischenfluidkammer und die Kuppelkammer des Druckentlastungsventils mit der Atmosphäre verbunden sind, um den Fluiddruck in der Kuppelkammer abzusenken; und
Fig. 4 ist eine vergrößerte Detaildarstellung des Steuerventils entsprechend den Fig. 2 und 3, zeigt aber das Steuerventil unter einem vorbestimmten niedrigen Prozeßfluiddruck in der Hauptströmungsleitung, wobei die Zwischenfluidkammer in Strömungsverbindung mit der Zulauffluid-Vorratskammer für die Hilfsfluidquelle steht, um Hilfsfluid der Kuppelkammer des Druckentlastungsventils zuzuführen und den dort herrschenden Fluiddruck zu erhöhen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es sei nun Bezug auf die Zeichnungen genommen, anhand deren sich die Erfindung besser verstehen läßt, und insbesondere auf die Fig. 1, die ein Sicherheitssystem mit dem verbesserten Steuerventil nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei 10 ist ein Druckgefäß oder Tank teilweise gezeigt, von dem ein Ablauf abgeht, der nach oben zu einem Flansch 12 ausläuft. Ein allgemein bei 14 gezeigtes Haupt-Druckentlastungsventil hat ein Ventilgehäuse 16 mit einem unteren Flansch 18, der, wie allgemein bei 20 gezeigt, mit dem Flansch 12 verschraubt ist.
Das Ventilgehäuse 16 enthält eine Ventilkammer 22 mit einem Zulaufkanal 24 und einem Ablaufkanal 26. In der Ventilkammer 22 ist ein allgemein mit 28 bezeichnetes kolbenartiges Ventilelement hin- und herverschiebbar angeordnet; es weist eine innere Fläche 29 auf, mit der es auf der den Zulaufkanal 24 umgreifende Ringsitzfläche 30 aufsitzen kann. Die innere Fläche 29 des Ventilelements 28 wird normalerweise vom Prozeßfluid aus dem Zulaufkanal 24 und dem Tank 10 beaufschlagt; es hat eine rückwärtige Fläche 34, auf die der Fluiddruck aus einer Kuppelkammer 36 wirkt. Der Flächeninhalt der in der Schließstellung dem Fluiddruck aus dem Zulaufkanal 24 ausgesetzten inneren Fläche 29 ist kleiner als der der äußeren Fläche 34, auf der der Fluiddruck in der Kuppelkammer 36 liegt. Zwischen den Flächen 29, 34 wirkt also ein Druckunterschied; ein Fluiddruck in der Kuppelkammer 36, der niedriger ist als der Fluiddruck im Zulaufkanal 24, hält also das Ventilelement 28 in der Auflage auf dem Sitz 30.
Das erfindungsgemäße verbesserte Steuerventil ist allgemein bei 40 gezeigt und hat ein Ventilgehäuse 42 mit einem unteren und einem oberen Gehäuseteil 44 bzw. 46. Der Gehäuseunterteil 44 hat einen oberen Flansch 48, der Gehäuseoberteil 46 einen unteren Flansch 50; zwischen den Flanschen ist eine Fühlmembran 52 festgespannt. Eine Feder 54 drückt die Membran 52 abwärts; eine Einstellschraube 56 ist von Hand verstellbar, um den von der Feder 54 ausgeübten Druck einzustellen. Bei 58 enthält das Gehäuseoberteil 46 eine Ablaßöffnung zur Atmosphäre.
Im Gehäuseunterteil 44 befindet sich an der Fühlmembran 52 eine Fluidzulauffühlkammer 60, die über die Fühlleitung 62 mit dem Prozeßfluid enthaltenden Zulaufkanal 24 in Strömungsverbindung steht. In der Zulauffühlkammer 60 herrscht also stets der Druck des Prozeßfluids aus dem Tank 10. Der Gehäuseunterteil 44 hat angrenzend an die Fluidfühlkammer 60 einen großdurchmessrigen Abschnitt 66 der Zentralbohrung sowie mit letzterem in Strömungsverbindung am Ende einen kleindurchmessrigen Bohrungsabschnitt 68. An der Membran 52 ist mit dieser bewegbar ein allgemein bei 70 gezeigter Kolben befestigt, der im großdurchmessrigen Bohrungsabschnitt 66 hin- und herverschiebbar ist. Der Kolben 70 enthält einen großdurchmessrigen internen Bohrungsabschnitt 72, der eine Fluidzulauf-Vorratskammer bildet, sowie einen kleindurchmessrigen Eingangsbohrungsabschnitt 74, der in den großdurchmessrigen internen Bohrungsabschnitt 66 übergeht.
Ein allgemein bei 76 gezeigter, mehrfach abgesetzter Ventilschieber enthält eine durchlaufende Zentralbohrung 78 und weist einen großdurchmessrigen unteren Endabschnitt 80 sowie von diesem abgehend einen Abschnitt 82 mit verringertem Durchmesser auf. Der Endabschnitt 80 ist in die Bohrung 68 eingepaßt; der Abschnitt 82 ist in die Bohrung 68 eingesetzt und verläuft durch die kleindurchmessrige Eingangsbohrung 74 des Kolbens 70. Ein ringförmiger Raum 84 innerhalb der Bohrung 68 umgreift den Bohrungsabschnitt 82 verringerten Durchmessers, während ein Ringraum 86 innerhalb der Eingangsbohrung 74 des Kolbens 70 um den Abschnitt 82 verringerten Durchmessers herum verläuft. Der Schieber 76 hat oben einen Endflansch 88 mit einem um die Innenfläche verlaufenden O-Dichtring 90, der auf der ringförmigen Sitzfläche 92 um den kleindurchmessrigen Bohrungsabschnitt 74 herum aufsitzen kann. Ein Zwischenflansch 94 kann mit einem um seine Innenfläche verlaufenden O-Dichtring 96 auf der Sitzfläche 98 aufsitzen, die um das obere Ende der Bohrung 68 verläuft. Eine verhältnismäßig schwache Feder 100 ist zwischen den Kolben 70 und den oberen Endflansch 88 des Schiebers 76 gelegt und drückt letzteren in die in der Fig. 2 gezeigte normale Sitzstellung, in der die O- Ringe 90, 96 auf den Sitzflächen 92 bzw. 98 aufliegen. Ein Ablaßkanal 102 führt von der Bohrung 68 durch den Gehäuseteil 44 zu Atmosphäre und bildet eine Ablaßkammer.
In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Stellung, in der die O-Ringe 90, 96 auf den zugehörigen Sitzflächen 92, 98 aufsitzen, werden von der internen Bohrung des Kolbens 70 eine Fluidzulauf-Vorratskammer 72 sowie vom erweiterten Bohrungsabschnitt 66 am Kolben 70 eine Fluid-Zwischenkammer 104 gebildet, die über die Kuppelleitung 106 von der Kammer 104 zur Kuppelkammer 36 in stetiger Strömungsverbindung mit letzterer steht; der Ablaßfluidkanal 102 im Bohrungsabschnitt 68 bildet eine Fluidablauf- bzw.- ablaßkammer zur Atmosphäre. Um die Zulaufkammer 72, die Zwischenkammer 104 und die Kuppelkammer 36 mit sauberem Fluid zu versorgen, ist bei 107 eine Quelle bzw. ein Vorrat eines Hochdruckgases wie bspw. Stickstoff vorgesehen. Zur Gaszufuhr zur Fluidzulaufkammer 72 sorgt ein Druckregler 108 an dei Fluidquelle 107 für einen konstanten vorbestimmten Druck in der Leitung 110 zur Zentralbohrung 78 des Schiebers 76. Es sei angemerkt, daß das über die Leitung 62 und die Zulauffühlkammer 60 erfaßte Prozeßfluid von der Zulaufkammer 72, der Zwischenkammer 104, der Kuppelkammer 36 und dem Ventilschieber 76 vollständig isoliert ist und diese Bereiche daher nicht verschmutzen kann. In der Normalstellung des Steuerventils 40, wie sie die Fig. 1 und 2 zeigen, liegt in dem die Fluidzulauf-Vorratskammer bildenden inneren Bohrungsabschnitt 72 eine Druckdifferenzfläche vor und wird der Kolben 70 gegen die Vorspannung der Feder 54 aufwärts gedrückt.
Im Betrieb sitzen, wenn das Prozeßfluid im Tank 10 mit konstantem Druck auf die Membran 52 in der Fühlkammer 60 wirkt, die O-Dichtringe 90, 96 auf dem Schieber 76 auf den angrenzenden Sitzflächen 92 bzw. 98 auf. In diesem Zustand stehen die Fluid- Zwischenkammer 72 und die Kuppelkammer 36 nicht in Verbindung mit der Fluid-Zulaufkammer 72 oder der Ablaßkammer 102. Steigt im Tank 10 und in der Zulauffühlkammer der Druck des Prozeßfluids um eine vorbestimmte Höhe, lenken die Membran 52 und der 70 aufwärts in die in der Fig. 3 gezeigte Stellung aus, so daß eine Strömungsverbindung von der Fluid-Zwischenkammer 104 zur Bohrung 68 und dem Ablaßkanal 102 entsteht und der Druck in der Kuppelkammer 36 sinkt. Strömt das Hilfsgas aus der Ablaßkamme 102 zur Atmosphäre ab, bewirkt der verringerte Druck des auf den Kolben 70 wirkenden Hilfsgasvorrats, daß unter der Vorspannung der Feder 54 der Kolben 70 nach unten läuft, so daß die Dichtung 96 auf der Fläche 98 aufsitzt. Wird in der Fühlkammer 60 wieder ein Anstieg des Prozeßfluiddrucks erfaßt, läuft der Kolben 70 weiter nach oben, um die Kuppelkammer 36 weiter zu entlasten. Fällt der Druck in der Kuppelkammer 36 so weit, daß die entgegengesetzt auf die Stirnflächen 29, 34 des Schiebers 28 wirkenden Kräfte angenähert gleich sind, hebt das Ventilelement 28 vom Sitz 36 ab und öffnet, so daß Prozeßfluid vom Zulaufkanal 24 durch das Ventil 14 zum Ablaufkanal 26 strömen kann, so daß der Druck im Tank 10 sinkt. Ist die Strömung so hoch, daß der Druck des Prozeßfluids nicht steigt, drückt die Feder 54 den Kolben 70 abwärts, um die Auslaßöffnung im Sitz 98 des Steuerventils zu schließen.
Sobald in der Fuhlkammer 60 der Druck des Prozeßfluids unter den Einstellpunkt des Steuerventils 40 sinkt, läuft der Kolben 70 nach unten, wie in Fig. 4 gezeigt, so daß über die Leitung 106 und die Zwischenkammer 104 eine Verbindung zwischen der Zulaufkammer 72 und der Kuppelkammer 36 entsteht und letztere erneut unter Druck steht. Steigt der Druck in der Kuppelkammer 36, sitzt das Hauptventil 28 wieder auf und bewirkt eine Zunahme des Fluiddrucks in der Zulaufkammer 72 eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 70, so daß die Dichtung 90 auf den Sitz 92 aufsetzt und die Strömungsverbindung von der der Zulaufkammer 72 zur Kuppelkammer 36 sperrt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Dichtung 96 stets auf der Sitzfläche 98 aufsitzt, außer wenn der Druck des Prozeßfluids in der Fühlkammer 60 einen vorbestimmten hohen Wert erreicht. Es entweicht also nur eine kleine Menge des Fluids aus der Quelle 107 durch den Ablaßkanal 102 zur Atmosphäre.
Als Beispiel sei das Steuerventil 40 so eingestellt, daß (1) der Schieber 76, wie in Fig. 3 gezeigt, bei einem Druck des Prozeßfluids in der Fühlkammer 70 von mehr als 95% des von der Einstellschraube 56 bestimmten Einstelldrucks öffnet, (2) der Schieber 76 bei einem Druck des Prozeßfluids in der Fühlkammer 70 öffnet, der unter 92% des Einstelldrucks liegt, wie in Fig. 4 gezeigt, und (3) der Schieber 76 in der in Fig. 2 gezeigten Aufsitzstellung verbleibt, so lange der Druck des Prozeßfluids in der Fühlkammer 60 zwischen 92% und 95% des Einstelldrucks liegt. Liegt also der Fluiddruck in der Fühlkammer 60 unterhalb 92 % des Einstelldrucks, läuft der Kolben 70 nach unten, um den Schieber 76 abheben und sauberes Zulaufgas über die Fluid-Zwischenkammer 104 in die Kuppelkammer 36 einzulassen. Steigt der Druck des Prozeßfluids in der Fühlkammer 60 auf 92% des Einstelldrucks an, lenken die Membran 52 und der Kolben 70 nach oben aus, damit der O-Dichtring 90 wieder auf der Fläche 92 aufsitzt und die Strömung zwischen der Kuppelkammer 36 und der Zulaufkammer 72 sperrt.
Steigt der Druck des Prozeßfluids über 95% des Einstelldrucks hinaus an, lenken die Membran 52 und der Kolben 70 nach oben aus, um den Schieber 76 von der Sitzfläche 98 abzuheben und den Druck in der Kuppelkammer 36 über den Kanal 102 zur Atmosphäre zu entlasten. Steigt der Druck des Prozeßfluids dann nicht weiter an, läuft der 70 infolge des niedrigen Kopfdrucks in der Kammer 36 abwärts. Steigt der Druck des Prozeßfluids dann wieder an, geht der Kolben 70 wieder nach oben und hebt der Schieber 76 von der Sitzfläche 98 ab, um die Kuppelkammer 36 weiter zu entlasten. Ist der Druck in der Kammer 36 so weit gesunken, daß der Druck auf beiden Stirnflächen 29, 34 des Hauptventilelements 28 angenähert gleich ist, läuft das Ventilelement 28 nach oben, um Prozeßfluid durch den Ablaufkanal 26 abzulassen. Reicht die Strömungsstarke aus, um das Prozeßfluid in der Fühlkammer 60 daran zu hindern zuzunehmen, geht der Kolben 70 abwärts, damit der Schieber 76 wieder auf der Sitzfläche 98 aufsitzt. Nimmt der Druck des Prozeßfluids in der Fühlkammer 60 unter 92% des Einstelldrucks ab, läuft der Kolben 70 abwärts, wie in Fig. 4 gezeigt, und wird die Kuppelkammer 36 durch die Fluidströmung von der Zulauf-Vorratskammer 72 zur Kuppelkammer 36 erneut beaufschlagt. Nimmt der Druck in der Kuppelkammer 36 um eine vorbestimmte Höhe zu, geht der 70 abwärts, damit die O-Ringdichtung 90 wieder auf der Sitzfläche 92 aufsitzt.
Infolge des Einsatzes eines sepraten Hochdruck-Hilfsfluids (bspw. Stickstoffgas) für das Betätigen des Steuerventils 40 bleiben der Schieber 76 und die Kuppelkammer 36 vom Prozeßfluid völlig getrennt, so daß ein Verschmutzen bzw. die von in verschmutzten Prozeßfluiden enthaltenen Fremdstoffe verursachten Funktionsfehler verhindert sind. Das Steuerventil 40 ist strömungsfrei ausgeführt, so daß es im normalen Arbeitszustand keine stetige Fluidströmung führt. Es wird also nur eine sehr kleine Menge des Hilfsfluids an die Atmosphäre abgegeben, da dies nur statffindet, falls der Druck des Prozeßfluids unter einen bestimmten Wert absinkt; vergl. Fig. 3. Falls weiterhin der Regler 108 an einer Sitzfläche oder dergl. undicht wird und der Druck in der Kuppelkammer 36 mehr als 92% des Einstelldrucks erreicht, nimmt der Einstelldruck ab, da die Druckdifferenzfläche in der Zulaufkammer 72 auf den Kolben 70 wirkt, um die abwärts gerichtete Kraft der Einstellfeder 54 zu überwinden, so daß die Kuppelkammer 36 nicht, wie in Fig. 3 gezeigt, zur Atmosphäre geöffnet wird. Mit dem Konstantdruckregler 108 läßt sich ein Druck des Hilfsgases bis zu etwa 3,45 x 10&sup7; Pa (5000 psi) einstellen, damit der Gasvorrat in der Quelle 107 so selten wie möglich aufgefüllt werden muß.
Während oben eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich dargestellt wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, daß an dieser Modifikationen und anpassende Abänderungen möglich sind.

Claims

1. Sicherheits-Druckentlastungssystem für ein Druckgefäß mit einem Sicherheits- Druckentlastungsventil (14) in einer vom Druckgefäß abgehenden Hauptströmungsleitung, wobei das Sicherheitsventil ein hin- und hergehendes kolbenartiges Ventilelement (28), das in einer normalerweise geschlossenen Stellung sich in der Strömungsleitung befindet, und eine Kuppelkammer (36) an einem Ende des hin- und hergehenden Ventilelements aufweist,

einem Steuerventil (40) mit einer Fluidzulauf-Fühlkammer (60) für Prozeßfluid aus der Strömungsleitung und einer Fluidzulauf-Vorratskammer (72) für ein vom Prozeßfluid separates Hilfsfluid,

einer Einrichtung (62), die eine Strömungsverbindung zwischen der Hauptströmungsleitung und der Fluidzulauf-Fühlkammer herstellt,

einer Einrichtung (110), die der Fluidzulauf-Vorratskammer ein Hilfsfluid mit vorbestimmtem Fluiddruck zuführt,

einer separaten Fluidkammer (104) im Steuerventil, die in Strömungsverbindung mit der Kuppelkammer (36) steht,

einer Ablaßöffnung (102) in der separaten Fluidkammer zur Atmosphäre,

einem bewegbaren Fluidfühlelement (52) in der Fühlkammer, das dem Prozeßfluid ausgesetzt ist und auf Druckänderungen in der Hauptströmungsleitung anspricht, und

einer Ventileinrichtung (76) zwischen der separaten Fluidkammer und der Ablaßöffnung, die im Ruhezustand die Verbindung zwischen der separaten Fluidkammer und der Vorratskammer sperrt,

wobei die Ventileinrichtung auf eine Bewegung des Fluidfühlelements bei einem vorbestimmten Fluiddruck anspricht, um eine Strömungsverbindung zwischen der separaten Fluidkammer und der Ablaßöffnung herzustellen und so beim Erreichen eines vorbestimmten Fluiddrucks im Prozeßfluid den Fluiddruck in der Kuppelkammer zu verringern.

2. Sicherheits-Druckentlastungssystem nach Anspruch 1 mit einer zusätzlichen Ventileinrichtung zwischen der Fluidzulauf-Vorratskammer (72) für den Hilfsfluidvorrat und der separaten Fluidkammer (104), die im Ruhezustand die Strömungsverbindung zwischen der separaten Fluidkammer und der Zulauf-Vorratskammer sperrt,

wobei die Ventileinrichtung auf eine Bewegung des Fluidfühlelements bei vorbestimmtem Fluiddruck des Prozeßfluids anspricht, um eine Strömungsverbindung zwischen der Fluidzulauf-Vorratskammer und der separaten Fluidkammer herzustellen und so der separaten Fluidkammer und der Kuppelkammer (36) bei einem vom Prozeßfluid erreichten vorbestimmten Druck Hilfsfluid zuzuführen.

3. Sicherheits-Druckentlastungssystem nach Anspruch 1 oder 2, in dem das bewegbare Fühlelement eine Membran (52) und einen zur Bewegung mit dieser mit ihr verbundenen Kolben (70) aufweist.

4. Sicherheits-Druckentlastungssystem nach Anspruch 3, in dem die Ventileinrichtung einen Kolbenschieber (76), der auf den Kolben ansprechend bei einem vorbestimmten Fluiddruck des Prozeßfluids öffnet, um eine Strömungsverbindung zwischen der Kuppelkammer und der Ablaßöffnung herstellt, um den Druck in der Kuppelkammer zu entlasten, und so das Sicherheits-Druckentlastungsventil beim Erreichen eines vorbestimmten hohen Fluiddrucks im Prozeßfluid zu öffnen.

5. Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils für ein Ventil in einer Hauptströmungsleitung in einem Sicherheits-Druckentlastungssystem, das die folgenden Schritte aufweist:

Vorsehen einer Fluidzulauf-Fühlkammer im Steuerventil, die in Strömungsverbindung mit dem Prozeßfluid in der Hauptströmungsleitung steht,

Vorsehen einer Fluidzulauf-Vorratskammer im Steuerventil, die in Strömungsverbindung mit einem Vorrat eines vom Prozeßfluid getrennten Hilfsfluids steht,

Vorsehen einer Quelle des Hilfsfluids für die Fluidzulauf-Vorratskammer,

Vorsehen einer Fluid-Zwischenkammer in Strömungsverbindung mit einer Kuppelkammer im Ventil sowie in wahlweiser Strömungsverbindung mit der Fluidzulauf-Vorratskammer,

Vorsehen einer Fluid-Ablaßkammer in wahlweiser Strömungsverbindung mit der Fluid-Zwischenkammer, um den Fluiddruck in der Kuppelkammer zu verringern, und

Vorsehen von Ventilmitteln zwischen der Fluid-Zwischenkammer und der Ablaßkammer, die auf Änderungen des Drucks des Prozeßfluids in der Fluidzulauf-Fühlkammer ansprechend die Verbindung zwischen der Fluid-Zwischenkammer und der Ablaßkammer im Normalbetrieb sperrt, wobei diese Ventilmittel eine Strömungsverbindung zwischen der Zwischen- und der Ablaßkammer beim Erreichen eines vorbestimmt hohen Fluiddrucks in der Fluidzulauf-Fühlkammer erlaubt, um den Fluiddruck in der Kuppelkammer zu verringern.

6. Verfahren zum Betreiben eines Steuerventils nach Anspruch 5, das weiterhin folgende Schritte aufweist:

Vorsehen zusätzlicher Ventilmittel zwischen der Fluid-Zwischen- und der Fluidzulauf-Vorratskammer, die auf Änderungen des Drucks des Prozeßfluids in der Fluidzulauf-Fühlkammer ansprechend die Verbindung zwischen der Fluid-Zischen- und der Fluidzulauf-Vorratskammer im Normalbetrieb sperren, wobei die zusätzlichen Ventilmittel eine Strömungsverbindung zwischen der Zwischen- und der Fluidzulaufkammer beim Erreichen eines vorbestimmt niedrigen Fluiddrucks in der Fluidzulauf- Fühlkammer zulassen, um so die Kuppelkammer des Steuerventils mit dem Hilfsfluiddruck zu beaufschlagen.