NO160160B - Sikkerhetsventil for tank for kryogen gass. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en sikkerhetsventil for kryogengasstanker, særlig skipstanker, med en pilotventil med forutgitt innstillingstrykk og en hovedventil som styres av pilotventilen, med et innløp som er vendt mot tanken og går over i et ventilsete, et siderettet utløp, et trykk-kammer som er forbundet med pilotventilen samt en ventildel, særlig et stempel, som

a. på innløpssiden, under gasstrykk i tanken, og på trykk-kammersiden, gjennom pilotventilen, vil påvirkes av en trykk-kraft som tvinger stemplet mot dets ventilsete, og som

b. ved overskridelse av tankens innstillingstrykk vil bringes ut av inngrep med ventilsetet, hvorved forbindelsen åpnes mellom innløpet og utløpet.

Sikkerhetsventiler av denne type er kjent f.eks. fra DE-patentskrift 27 31 804 eller fra brosjyren over AGCO-sikkerhetsventiler av serien 95. Ved disse sikkerhetsventiler har hovedventilen et stempel med O-ringsete. Gjennom pilotventilen overføres tanktrykket til trykk- eller kuppelkammeret på oversiden av stemplet. Stemplets underside som er vendt mot hovedventilinnløpet, påvirkes direkte av tanktrykket. Stemplets underside er mindre enn oversiden, slik at stemplet tvinges nedad og ventilen lukkes. Hvis tanktrykket øker og når samme høyde som pilotventilens innstillingstrykk, vil pilotventilen åpnes for avlufting av trykk-kammeret ovenfor stemplet. Kraften som virker mot stemplet nedenfra er følgelig større, og hovedventilen åpnes. Hvis tanktrykket synker til lukketrykket for pilotventilen, vil pilotventilen lukkes og tanktrykket atter påvirke stemplets overside, hvorved hovedventilen likeledes lukkes.

I henhold.til IMO-bestemmelsene A 328 (IX) kapittel XV (XV.1) får kryogengasstanker på gasstankere bare fylles i slik grad at innholdet, ved sikkerhetsventilens innstillingstrykk,

ikke utgjør mer enn 98% av det geometriske tankvolum, selv om det er anordnet et gjenfortetningsanlegg eller et anlegg for opprettholdelse av konstant trykk. Ved trykktankere, eksempelvis fulltrykk- eller semitrykktankere, kan følgelig den maksimalt tillatte ifyllingsmengde bare oppnås dersom metningstrykket umiddelbart etter ifyIlingen, ved overføring av dypkjølt, flytende gass, er av samme størrelse som sikkerhetsventilens innstillingstrykk. Hvis imidlertid metningstrykket umiddelbart etter ifyl-

lingen ligger eksempelvis bare på 1 bar (butan, egenvekt=0,594), vil den maksimalt mulige ifyllingsmengde på 98% ikke kunne opp-nås fordi tanken, ifølge IMO, bare kan fylles i slik grad at den ved 5,5 bar (butan, egenvekt=0,52) er fylit maksimalt, dvs. til 98%. Derved forhindres overfylling av tanken ved oppvarming av lasten i tilfelle av eventuell brann. Utvidelse grunnet varme-tilførsel under normal drift, særlig varmestråling eller varme-leding, forebygges ved hjelp av de ovennevnte gjenkondenseringsanlegg. Begrensningen av ifyllingsgraden kan, alt etter parten av kryogengass, medføre et tap av ifyllingsmengde opptil 15%.

For å unngå denne ulempe er ved den kjente sikkerhetsventil modell 95 fra firma AGCO anordnet en såkalt hjelpepilot. Denne anbringes ovenpå pilotventilens primære trykkinnstilling. Det kan også plasseres flere hjelpepiloter ovenpå hverandre. I likhet med den primære trykkinnstilling innbefatter hjelpepiloten en skruefjær hvis fjærkraft i hovedsak er bestemmende for pilotventilens innstillingstrykk. Pilotventilen kan på denne måte, ved påmontering av en motsvarende, egnet hjelpepilot, tilpasses plastens fysikalske parametre slik at sikkerhetsventilen vil reagere ved høyere trykk. Denne løsning med hjelpepiloten har imidlertid den ulempe å være uhåndterlig. På grunn av sin trykk-bestemmende skruefjær er hver enkelt hjelpepilot bare egnet for et meget begrenset trykkområde, og det må derfor være tilgjenge-lig en trinnrekke av hjelpepiloter, hvis de mulige innstillingstrykk mellom en bar og tankens tillatte maksimaltrykk skal kunne dekkes. Når det inntas en last, må hjelpepilotene for de enkelte gasstanker i normal tilfelle utskiftes, og de nye hjelpepiloter som skal innmonteres, må utvelges i overensstemmelse med metningstrykket for den overtatte kryogengass. Det kreves derved mon-tasjearbeide, da hjelpepiloten skal forbindes med pilotventilens primære trykkinnstilling ved hjelp av flere skruer. Ved ut-skifting av hjelpepiloter kan det dessuten oppstå feil, dersom en hjelpepilot med gal trykkverdi utilsiktet, særlig på grunn av en lesefeil, blir innmontert, eller hvis små materialpartik-ler, særlig smuss, inntrenger i den primære trykkinnstilling.

På grunnlag av disse kjensgjerninger har oppfinnelsen som formål å avhjelpe manglene ved den kjente sikkerhetsventil og å frembringe en sikkerhetsventil av den innledningsvis omtalte, kjente type, hvor pilotventilen vil kunne innstilles på bekvem

måte, uten at det derved må avvikes fra normforskriftene.

Med utgangspunkt i den kjente sikkerhetsventil av den innledningsvis omtalte type, er dette oppnådd ved anvendelse av en ytterligere eller andre pilotventil som er innkoblet i parallell med den første pilotventil, utstyrt med en manuelt betjenbar, kontinuerlig justerbar regulator for innstillingstrykket, og innstillbar for trykkverdier under innstillingstrykket for den første pilotventil.

Ved denne sikkerhetsventil blir, i motsetning til den tidligere kjente sikkerhetsventil, den første pilotventil som er dimensjonert for det maksimalt tillatte tanktrykk, ikke forand-ret, og derved bortfaller også risikoen for at den første pilotventil skal påføres feil under påmonteringen av hjelpepiloter.

På grunn av den andre, parallellkoblede pilotventil som fortrinnsvis er kontinuerlig justerbar over hele trykkområ^et mellom atmosfæretrykk og det maksimalt tillatte tanktrykk, bortfaller nødvendigheten av å lagre, kontrollere og håndtere en rekke trinnvis forskjellige hjelpepiloter. Samtidig kan den angjel-dende, optimale trykkverdi alltid innstilles ved den andre pilotventil, mens man derimot ved den hittil kjente utførelses-form er henvist til de for anledningen tilstedeværende hjelpe-piioter.

Innstillingstrykket hos disse vil ikke nødvendigvis sammen-falle med det optimale innstillingstrykk for kryogengassen som innlastes.

I stedenfor som stempel kan ventildelen også være utformet som membran eller foldebelg. Den manuelle betjenbare, kontinuer-lige justerbare innstillingsanordning kan være utstyrt f.eks. med et pneumatisk hjelpesystem, men kan også fungere uten hjelpe-energi, utelukkende under utnyttelse av tanktrykket. Innstil-lingsanordningen kan påvirke direkte ventilelementet i den andre pilotventil, men denne andre pilotventil kan på den annen side være sammensatt av en trykkmåler- og bryterinnretning og en ventil som styres av denne.

I en foretrukket utførelsesform er den andre pilotventil forbundet med et manometer som angir det rådende tanktrykk og samtidig, ved en innstillbar trykkverdi, utløser en bryter-funksjon. Derved reduseres avlesningsfeil.ytterligere, mens overførings- og innstillingsfeil vil forebygges i vesentlig grad. Etter avsluttet innlåsting kan metningstrykket for den ifyllte kryogengass avleses på manometeret, og innstillingstrykket for den andre pilotventil kan innstilles på manometerets regulerbare trykkbryterinnretning, uten risiko for at dette innstillingstrykk vil ligge under metningstrykket for den inn-tatte last.

Ved en annen, foretrukket utførelsesform er den andre pilotventil koblet i serie med en ventil som åpnes automatisk ved forhøyet temperatur. Den andre pilotventil kan derved først styre hovedventilen når den automatisk fungerende ventil som fortrinnsvis er forsynt med en smeltesikring, åpnes etter at smeltesikringen er ødelagt. Under normal drift, med inntakt smeltesikring, har den andre pilotventil ingen innvirkning på hovedventilen. Det er derved mulig, i overensstemmelse med IMO-bestemmelsene, § 8.3, å forebygge det tidligere nevnte tap av ifyllingsmengde. Ifølge disse bestemmelser må det foruten et gjenkondenseringsanlegg også være anordnet en sikkerhetsventil som aktiviseres i tilfelle av brann og som reagerer ved et lavere trykk, jevnført med trykket for den normale sikkerhetsventil .

Uten å begrenses til de viste eksempler er oppfinnelsen nærmere beskrevet i det etterfølgende under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 vis^r et skjematisk snitt av en sikkerhetsventil med en hovedventil og to parallellkoblede pilotventiler. Fig. 2 viser et skjematisk snitt, i likhet med fig. 1, men

• • ;med en annen utførelsesform av den andre pilotventil.

Fig. 3 viser et snitt, i likhet med fig. 1, men innbefatten-de en tilleggsventil som er koblet i serie med den andre pilotventil og som åpnes ved brudd på en smeltesikring.

Sikkerhetsventilen for kryogengasstanker omfatter i hoved-trekk en hovedventil 20, en første, plombert pilotventil 22 og en andre, kontinuerlig justerbar pilotventil 24 som er parallellkoblede og som, uavhengig av hverandre, styrer hovedventilen 20. Hovedventilen 20 har på kjent måte et innløp 26 som er vendt mot tanken og som øverst går over i et ventilsete 28. Det er i tilknytning til ventilsetet anordnet en ventiIdel i form av et stempel 30. Stemplet 30 vil følgelig påvirkes nedenfra av det rådende tanktrykk i innløpet 26. Hovedventilen 20 har dessuten et siderettet utløp 32 som står i forbindelse med innløpet 26, når stemplet 30 er løftet fra ventilsetet 28. Ovenfor stemplet 30 er det anordnet et trykk-kammer eller kuppel-kammer 34 som gjennom en styreledning 36 er forbundet med de to pilotventiler 22 og 24.

Gjennom en pulsledning 38 hvor det er anordnet en tilbakeslagsventil 40 og en bakenforliggende forsnevring 42, påvirkes trykk-kammeret 34 og følgelig oversiden av stemplet 30 av det rådende tanktrykk i innløpet 26. Da den øvre stempelflate er større enn den effektive, nedre stempelflate som er vendt mot innløpet 26, vil hovedventilen 20 normalt være lukket.

Hovedventilen 20 åpnes når gassutstrømningen fra trykk-kammeret 34 overstiger gassmengden som kan strømme etter fra utløpet 26 gjennom forsnevringen 42. Denne forbindelse mellom trykk-kammeret 34 opprettes gjennom ihvertfall den ene av de to normalt lukkede pilotventiler 22 og 24.

Pilotventilene 22 og 24 er i figurene vist skjematisk, for at deres funksjon lettere skal kunne forklares. Den virkelige konstruksjon er kjent, f.eks. fra den ovennevnte brosjyre over AGCO-sikkerhetsventilen serie 95. Den første pilotventil 22 som i samtlige figurer er vist til venstre, innbefatter et nedad-rettet innløp 44 som går over i et ventilsete. En stempelformet ventildel 46 vil normalt ligge tettende an mot ventilsetet. Et utløp 48 er gjennom en ledning forbundet med utløpet 32. Inn-løpet 44 og utløpet 48 utmunner i et nedre trykk-kammer som er lukket oppad ved hjelp av en første membran 50. Ovenfor denne første membran er det i pilotventilen 22 anordnet et øvre trykk-kammer som begrenses oppad av en større, andre membran 52 og som tilføres gass av tanktrykk gjennom en ledning 54 som utmunner i pulsledningen 38 mellom tilbakeslagsventilen 40 og forsnevringen 42. Ventildelen 46 som er forbundet med de to membraner 50 og 52, belastes av en trykkfjær 56 i sin øvre ende. Trykkfjæren er innstilt på et bestemt innstillingstrykk ved hjelp av en vist justeranordning 58 og forseglet med en plombe 60.

I begge trykk-kammere i den første pilotventil 22 vil tanktrykket normalt være rådende. Hvis tanktrykket er tilstrekkelig stort til å komprimere trykkfjæren 56, kan ventildelen 46 fjær-nes fra ventilsetet hvorved det nedre trykk-kammer i pilotventilen 22 og følgelig trykk-kammeret 34 i hovedventilen 20 blir praktisk talt trykkløse, idet den gassmengde som innstrømmer gjennom forsnevringen 42 direkte fra tanken, ikke er tilstrekkelig for oppbygging av et trykk. Når trykket synker i trykk-kammeret 34, vil stemplet 30 skyves oppad og åpne forbindelsen mellom innløpet 26 og utløpet 32. Den første pilotventil 22 lukkes atter, når tanktrykket ikke lenger er tilstrekkelig for komprimering av trykkfjæren 56. Trykket i trykk-kammeret 34 kan derved atter oppbygges, og hovedventilen lukkes.

Med henblikk på en særlig enkel forklaring av oppfinnelsen er den andre pilotventil 24 i utførelseseksemplet ifølge fig. 1 konstruert mest mulig i overensstemmelse med den første pilotventil 22. Det er benyttet tilsvarende henvisningstall med tilføyelsen '. De to innløp 44,og 44', de to utløp 48 og 48' og de to øvre trykk-kammere er således forbundet med hverandre gjennom ledninger. Den fast innstilte, plomberte trykkfjær 56 er imidlertid erstattet av en svakere skruefjær 62 som kan jus-teres ved hjelp av en manuelt betjenbar regulator 64 med skala 68. Ved innskruing av regulatoren 64 som er konstruert som en justerskrue med et håndtak, kan innstillingstrykket for den andre pilotventil 24 innstilles mellom normal trykk og, ved maksimal innskruing, innstillingstrykket for den første pilotventil 22. Det innstilte trykk kan avleses på skalaen 68.

I hver av figurene er det vist en ytterligere test- og innstillingsretning. Det blir derved, gjennom en ventil 68 inn-ført nitrogen i styreledningen 36 fra en nitrogenflaske 70. Gassen fra nitrogenflasken 70 gjennomstrømmer først en trykkreduksjonsventil med gjennomløpsmåler 72 innen den ledes til ventilen 68 gjennom en ledning 74. Det rådende trykk i lednin-gen 74 kan avleses ved hjelp av et manometer 76.

Fig. 2 viser en forbedret, praktisk versjon av den andre pilotventil 24, mens de øvrige deler er identiske. Det rådende tanktrykk i pulsledningen 38 foran forsnevringen 42 angis ved hjelp av en bøyefjær i form av et bourdonrør 78 for trykkmålin-gen, idet indikasjonen foregår på kjent måte ved hjelp av en viser 80 som er forsynt med en brytervinge 82. Ved økende trykk i forhold til det viste vil brytervingen 82 innføres mellom to dyser 84 og 86 og blokkerer derved gass-strømmen som opprettholdes mellom disse to dyser 84 og 86. Den nedre dyse er en stråledyse 84 som tilføres trykkluft fra en instrument-luftkilde. Trykkluften fra en ikke vist kilde innføres ved 88 i en trykkreduksjonsventil 90 og gjennomstrømmer deretter en tilbakeslagsventil 92. Ovenfor tilbakeslagsventilen er det anordnet et nødtilførselsanlegg 94, i form av en trykkgassflaske og en trykkreduksjonsventil, for opprettholdelse av nødtilførsel ved bruddpå instrumentlufttilførselen.

Den øvre dyse er en fangdyse 86 som er rettet mot stråle-dysen 84 og direkte forbundet med et trykk-kammer i en styreventil 96 som på sin side utøver den egentlige funksjon for den andre pilotventil 24, i motsetning til utførelseseksemplet ifølge fig. 1, men som styres av den nettopp beskrevne trykk-bryteranordning.

De to dyser 84 og 86 er fastgjort på en regulator 64 som er utformet som innstillingsviser,og kan ved justering av denne viser innstilles for vilkårlige trykkverdier.

Styreventilen 96 innbefatter videre en nedre membran 98 av liten flatestørrelse og utformet som en belg, samt en øvre membran 100 av stor flatestørrelse, hvor de to membraner 98 og 100 er forbundet med hverandre gjennom en ventildel 102 som ifølge fig. 2 avsperrer en utgangsåpning 104 i styreventilen 96. Inn-gangsåpningen 106 i styreventilen 96 hvis nedre kammer stort sett er av samme konstruksjon som det nedre kammer i den første pilotventil 22, står i forbindelse med styreledningen 36.

Hvis trykket i pulsledningen 38 øker i forhold til det

viste, vil viseren 80 forflyttes ytterligere mot høyre, hvorved dens brytervinge 82 sperrer gass-strømmen mellom de to dyser 84 og 86. Følgelig synker trykket i styreventilens 96 øvre trykk-kammer, og det rådende trykk i styreledningen 36 vil derved være tilstrekkelig til å løfte ventildelen 102 fra ventilsetet, hvorved det opprettes forbindelse mellom styreledningen 36 og ytter-luften. Derved avløper de prosesser som tidligere er beskrevet i tilknytning til fig. 1 og hvorunder hovedventilen 20 åpnes.

Den viste utførelsesform ifølge fig. 2 tjener utelukkende som eksempel, og den viste anordning med brytervinge 82 og dyser 84 og 86 kan erstattes av andre trykkbryteranordninger.

Utførelseseksemplet ifølge fig. 3 overensstemmer i store

trekk med versjonen ifølge fig. 1, bortsett fra at det i den del av styreledningen 36 som fører til den andre pilotventil 24, er innkoblet en ekstraventil 108 som vanligvis er lukket under inn-

virkning av en smeltesikring 110. Grunnet denne seriekobling kan trykket i styreledningen 36 bare avlastes gjennom den andre pilotventil 24, når smeltesikringen 110 er ødelagt av brann eller andre, høye temperaturer, slik at ekstraventilen 108 er åpnet og veien fri til den andre pilotventils 24 innløpsåpning 44'. Ved defekt smeltesikring er forholdene slik som beskrevet i tilknytning til fig. 1, og ved avsmeltet smeltesikring 110 er funksjonen ifølge fig. 3 nøyaktig den samme som ifølge fig. 1.

Ekstraventilen 108 kan også være innkoblet bak den andre pilotventil 24, dvs. mellom dennes utløp 48' og utløpet 32. Videre kan ekstraventilen 108 være innkoblet i den del av styreledningen 36 som fører til styreventilen 96 ved utførelsesformen ifølge fig. 2.

Ekstraventilen 108 med smeltesikringen 110 er av en kjent konstruksjon, hvor banen mellom et innløp 112 og et utløp 114 normalt er sperret av en ventildel 116 som tvinges mekanisk mot sitt ventilsete ved hjelp av smeltesikringen 110. Ved betjening av en skrue blir trykk-kraften slik forutinnstilt at ekstraventilen 108 normalt vil være lukket. Smeltesikringen 110 over-fører derved innstillingstrykket fra skruen 108 til ventildelen 116. Smeltesikringen 110 består av en stang av et materiale med et smeltepunkt eksempelvis mellom 89 og 104°C. I tilfelle av brann vil dette materiale smelte, slik at den mekanisk stive forbindelse mellom skruene 118 og ventildelen 116 bortfaller. Under innvirkning av en fjær 120 vil derved ventildelen 116 trek-kes til den frigjøringsstilling hvori ekstraventilen 108 er åpnet .

Andre utførelsesformer av ekstraventilen, eksempelvis den versjon som er kjent fra DE-patentskrift 27 31 804, er likeledes mulig. Videre kan smeltesikringen 110 erstattes av andre, utløsbare innretninger som kan utløses ved temperatinnvirkning, fjernstyring eller manuell betjening og som eventuelt kan være anordnet i tillegg til smeltesikringen 110.

Anvendelsen av ekstraventilen 108 ved sikkerhetsventilen med to pilotventiler vil forhindre at det ved kortvarig trykk-økning utstrømmer gass. Slike trykkøkninger kan eksempelvis opptre under innlasting eller ved fart i tung sjø. Ved sikkerhetsventilen ifølge fig. 1 og 2 vil hovedventilen 20 alltid åpnes når den andre pilotventil 24 åpnes. Derved vil det imid-

lertid utstrømme gass i det fri, hvilket ikke er tillatelig,

i hvert fall i havn, og dessuten medføre tap av last. Ved hjelp av ekstraventilen 108 vil den andre pilotventil 24 normalt hol-des uvirksom, og bare bringes i funksjon i tilfelle av brann.

Claims (6)

1. Sikkerhetsventil for kryogengasstank, særlig skipstank, med en forseglet pilotventil (22) med forutbestemt innstillingstrykk og med en hovedventil (20) som styres av pilotventilen (22) og som innbefatter et innløp (26) som er vendt mot tanken og går over i et siderettet utløp (32) , et trykk-kammer (34) i tilknytning til pilotventilen (22) og en ventildel, særlig et stempel (30) som a. på innløpssiden, grunnet gasstrykket i tanken, og på trykk-kammerets (34) side, gjennom pilotventilen (22), vil påvirkes av en trykk-kraft som tvinger stemplet (30) mot dets ventilsete (28) og som b. ved overskridelse av tankens innstillingstrykk, vil bringes ut av inngrep med ventilsetet (28) hvorved forbindelsen åpnes mellom innløpet (26) og utløpet (32), karakterisert ved at en andre pilotventil (24) som er koblet i parallell med den første pilotventil (22) og utstyrt med en manuelt betjenbar, kontinuerlig justerbar innstillingstrykk-regulator (64) som kan innstilles for trykkverdier under innstillingsstrykket for den første pilotventil (22) .

2. Sikkerhetsventil i samsvar med krav 1, karakterisert ved at regulatoren (64) for den andre pilotventil (24) kan innstilles for trykk mellom normaltrykket og innstillingstrykket for den første, forseglede pilotventil (22).

3. Sikkerhetsventil i samsvar med krav 1, karakteri sert ved at den andre pilotventil (24) er koblet i serie med en ytterligere ventil (108) som er forsynt med en smeltesikring (110) hvilken ventil (108) er lukket i normal stilling, og som åpnes automatisk ved brudd på smeltesikringen (110).

4. Sikkerhetsventil i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at den andre pilotventil (24) innbefatter en trykkskala med en viser (80).

5. Sikkerhetsventil i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at den andre pilotventil (24) omfatter en trykkindikator- og bryteranordning,, særlig et bourdonrør (78) , og en membran eller en belg som er tilkoblet en styreledning (36) og at det fortrinnsvis er anordnet en viser (80) med en brytervinge (82) samt en trykkstyrt stråledyse (84) med en tilsluttet fangdyse (86).

6. Sikkerhetsventil i samsvar med krav 5, karakteri sert 'ved at pilotventilen (24) også innbefatter en styreventil (96) med trykkforsterkning.