Verfahren zur Dichtheitsprüfung einer Gasversorgungsstrecke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung einer Gasversorgungsstrecke gemäss dem Oberbegriff des
Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 198 31 067 C2 bekannt. Diese Druckschrift offenbart eine Gasversorgungsstrecke für einen Brenner mit zwei hintereinander angeordneten Gasventilen und einem zwischen den Gasventilen vorgesehenen Druckschalter. Die Gasventile sind in Reihe angeordnet, wobei das durch die Gasstrecke strömende Gas zuerst das erste Gasventil und im Anschluss daran das zweite Gasventil durchströmt. Beim Starten des Brenners wird das zweite Gasventil und beim Abschalten des Brenners wird das erste Gasventil hinsichtlich seiner Dichtheit überprüft . Zur Dichtheitsprüfung wird zunächst das erste Gasventil für eine vorbestimmte Zeitspanne geöffnet und im Anschluss daran wieder geschlossen. Innerhalb der Zeitspanne, in der das erste Gasventil geöffnet und zweite Gasventil geschlossen ist, strömt Gas in die Gasversorgungsstrecke. Der sich dabei ergebende Druckanstieg wird vom Druckschalter überwacht. Im Fall, dass nach dem Schließen des ersten Gasventils bei geschlossenem zweiten Gasventil der Druckschalter ein Abfallen des Druckes unterhalb der Druckschwelle detektiert, wird der Kontakt des Druckschalters öffnen, wodurch auf die Undichtheit des zweiten Gasventils geschlossen werden kann. Schaltet hingegen der Druckschalter nicht, so kann auf die Dichtheit des zweiten Gasventils geschlossen werden. Das Signal des Druckschalters gibt somit beim Starten des Brenners Auskunft über die Dichtheit des zweiten Gasventils.
Zur Dichtheitsprüfung des ersten Gasventils wird dieses beim Abschalten des Brenners geschlossen, während das zweite Gasventil für eine vorbestimmte Zeitspanne geöffnet bleibt. Dadurch kann das zwischen dem ersten und dem zweiten Gasventil befindliche Gas in Richtung zum Brenner abströmen. Der Gasdruck zwischen den beiden Ventilen wird sich demzufolge abbauen, was vom Druckschalter durch Passieren der Druckschwelle detektiert wird, wodurch der Kontakt des Druckschalters öffnet. Nach dem Abströmen des zwischen den beiden Gasventilen befindlichen Gases und dem Schließen des zweiten Gasventils kann aus dem Signal des Druckschalters auf die Dichtheit des ersten Gasventils geschlossen werden. Steigt z. B. der Druck zwischen den Gasventilen wieder an, so wird der Kontakt des Druckschalters wieder schließen, wodurch auf die Undichtheit des ersten Gasventils geschlossen werden kann. Schaltet der Druckschalter jedoch nicht, so indiziert dies die Dichtheit des ersten Gasventils. Dadurch das zweite Gasventil beim Starten des Brenners und das erste Gasventil beim Abschalten des Brenners auf Dichtheit überprüft wird lässt sich die zur Dichtheitsprüfung erforderliche Zeit reduzieren. Die Funktion der Dichtheitsprüfung kann neben der Realisierung in einem separaten Gehäuse auch in einem Brennerautomaten integriert werden, wodurch kein weiterer Platzbedarf erforderlich ist, um die Dichtheitsprüfung der Gasventile vorrichtungstechnisch zu realisieren.
Aus der EP 0 284 785 AI ist ebenfalls ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von zwei hintereinander in einer Gasversorgungstrecke angeordneten Ventilen bekannt. Nach Ablauf einer Wartezeit ab dem Schließen der Ventile wird geprüft, ob der Druck des zwischen den Ventilen eingeschlossenen Gases in der Gasstrecke ober- oder unterhalb einer vorgegebenen Druckschwelle liegt . Dies erfolgt zum Beispiel mittels eines Differenzdrucksensors, der als Druckschalter arbeitet, wobei die Druckschwelle beispielsweise auf der Hälfte des Eingangsdruckes liegt.
Wenn der zwischen den geschlossenen Ventilen in der Gasstrecke detektierte Druck unterhalb der Druckschwelle liegt, bedeutet dies, dass das erste Ventil ausreichend dicht ist. Daraufhin wird das erste Ventil geöffnet, wodurch die zwischen den Ventilen vorhandene Gasstrecke weitgehend mit dem Eingangsdruck des Gasnetzes beaufschlagt wird. Die Druckschwelle wird somit beim Öffnen des ersten Ventils zunächst einmal von unten nach oben passiert. Hierbei ist der Druck in der Gasstrecke kennzeichnend für den Dichtheitsgrad des während der Messzeit zu prüfenden zweiten Ventils. Liegt der gemessene Druck zu Ende der Messzeit zum Beispiel unterhalb der Druckschwelle, so ist das zweite Ventil undicht . Dies wird durch ein Passieren der Druckschwelle von oben nach unten innerhalb der Messzeit signalisiert. Fällt der Druck nachdem kurzzeitigen Öffnen innerhalb der Messzeit nicht unter die Druckschwelle ab, so wird das zweite Ventil als ausreichend dicht bewertet. Der Wert der eingestellten unteren und oberen Druckschwelle stellt somit ein Maß für die Dichtheit des geprüften Ventils dar. Dadurch kann die Auswertungslogik einfach realisiert werden.
Bei den eingangs genannten Verfahren ist die Prüfschärfe des eingeschlossenen Gases über eine einstellbare Druckschwelle eines Druckschalters definiert, wobei der gemessene Gasdruck durch die Druckschwelle überwacht wird. Dies ist jedoch ungenau und die Messung ist nicht reproduzierbar, wodurch eine Erfassung des Störabstandes nach der Messung nicht möglich ist. Auch bedingt die Dichtheitsprüfung basierend auf einer Druckschwelle für unterschiedliche Prüfschärfen mehrere Druckschalter, was jedoch aufwendig ist.
Die Druckschrift US 5,827,950 offenbart ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung von Ventilen, insbesondere von Entlüftungsventilen. Zur Dichtheitsprüfung wird über ein von einem Computer angesteuertes Steuerventil eine speziell für die Dichtheitsprüfung vorgesehene Test-Gaszufuhrleitung zugeschaltet. Bei der Dichtheitsprüfung wird das einen
bestimmten Druck aufweisende Testgas zwischen den in einer Entlüftungsleitung angeordneten Entlüftungsventilen eingeschlossen. Der in der Entlüftungsleitung eingeschlossene Gasdruck wird von einem zwischen dem Steuerventil und den Entlüftungsventilen angeordneten Drucksensor erfasst, wobei der vom Drucksensor erfasste Druck während der Prüfzeit vom Computer überwacht wird. Werden während der Prüfzeit Druckänderungen festgestellt, so werden die Entlüftungsventile als undicht bewertet. Aufgrund dessen, dass bei der US 5,827,950 bei der Dichtheitsprüfung ein spezielles Testgas verwendet wird, welches mittels einer separaten Test-Gaszufuhrleitung zugeführt wird, ist die Dichtheitsprüfung nicht vielseitig einsetzbar.
Ein weiteres Problem besteht darin, das nicht nur die Gasventile sondern auch die Gasleitungen undicht sein können.
Demzufolge besteht grundsätzlich ein Gefährdungspotenzial, wenn die Undichtheit von Gasleitungen beispielsweise auf Grund von Beschädigungen oder einer natürlichen Alterung vom Gasverbrauchssystem nicht automatisch erkannt werden kann.
Zum Prüfen und Abdichten von Gasinstallationen sind z. B. Verfahren bekannt, bei denen das Leitungssystem mit Dichtungsmittel gefüllt und unter hohen Druck gesetzt wird. Dadurch kann zwar ein Leck in der Gasversorgungsleitung abgedichtet werden, da jedoch keine automatische Erkennung von Leckagen möglich ist, kann somit auch keine automatische Alarmierung und Abschaltung der Gaszufuhr durch das Gasverbrauchssystem erfolgen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung einer Gasversorgungsstrecke vorzuschlagen, welches unter Vermeidung der genannten Nachteile des Standes der Technik eine automatische Überprüfung beziehungsweise Überwachung der Gasversorgungsstrecke ermöglicht, wobei das Verfahren
vielseitig einsetzbar und mit geringem technischen Aufwand durchführbar sein soll .
Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Dichtheitsprüfung wird das in der Gasversorgungsstrecke befindliche Gas gegenüber dem Gasversorgungsnetz und der Gasverbrauchs- einrichtung (Brenner) mit Hilfe von zwei in Bezug auf die Strδmungsrichtung des Gases in der Gasversorgungsleitung in Reihe angeordneten Gasventilen abgesperrt, wobei die Prüfschärfe des in der Gasversorgungsstrecke eingeschlossenen Gases durch eine für die Dichtheitsprüfung gewählte Prüfzeit definiert ist und das der während der Prüfzeit gemessene Druck, z.B. der Differenzdruck zur Bestimmung der Dichtheit der Gasversorgungsstrecke ausgewertet wird.
Die Überprüfung beziehungsweise Überwachung der Gas- Versorgungsleitung und der Gasventile der Gasversorgungs- strecke kann mit verschiedenen Prüfzeiten durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Prüfzeit für die Gasventile im Sekundenbereich und für die Gasversorgungsleitung im
Minutenbereich liegen. Vorzugsweise basiert die Dichtheitsprüfung auf einer Differenzdruckmessung und wird beispielsweise vor dem Starten und/oder nach dem Abschalten der Gasverbrauchseinrichtung durchgeführt. Die Überprüfung beziehungsweise Überwachung der Gasversorgungsstrecke erfolgt vorzugsweise durch eine programmierbare Steuer-/Prüfeinheit, z.B. eines Feuerungsautomaten, da dieser bereits über eine ausreichende sicherheitstechnische Struktur verfügt, die für die Dichtheitsprüfung verwendet werden kann.
Die Festlegung der Prüfschärfe durch die Prüfzeit hat z. B. bei einer programmierbaren Steuer-/Prüfeinheit den Vorteil, dass durch unterschiedliche Prüfzeiten die Prüfschärfe beliebig variiert werden kann.
Beispielsweise können für die Dichtheitsprüfung bei Gasnetzdruck oder Atmosphärendruck bei Verwendung eines Drucksensors bzw. Druckschalters unterschiedliche Prüfzeiten und somit Prüfschärfen für die Gasventile und Gasversorgungsleitung verwendet werden. Auch ist eine erhöhte Prüfschärfe im Servicefall durch eine temporäre Verlängerung der Prüfzeit und eine einfache und genaue Rückstellung zur Standardeinstellung der Dichtheitsprüfung möglich.
In dem Fall, dass mehrere Verbrauchseinrichtungen (Brenner) an einer gemeinsamen Gasversorgungsstrecke angeschlossen sind, wird die Dichtheitsprüfung vorzugsweise von einem zentralen Steuer-/Prüfgerät gesteuert. Die Feuerungsautomaten der Verbrauchseinrichtungen melden dann diesem, ob ein Verbrauch vorliegt, z.B. ob ein Brenner in Betrieb ist. Die Kommunikation zwischen den Feuerungsautomaten und dem zentralen Steuer-/Prüfgerät kann hierbei konventionell oder über einen Datenbus oder drahtlos erfolgen.
Somit weiß das zentrale Steuer-/Prüfgerät zu welchem Zeitpunkt ein Verbrauch vorliegt . Vorzugsweise verfügt das zentrale Steuer-/ Prüfgerät über eine sicherheitstechnische Struktur, wodurch eine sichere Abschaltung bei einem Fehler beziehungsweise bei einer Störung gewährleistet ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Gasversorgungs- strecke dargestellt als Funktionsblockbild
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Dichtheitsprüfung dargestellt als Ablaufdiagramm
Figur 1 zeigt in einem Funktionsblockbild beispielhaft eine Gasversorgungsstrecke, welche durch ein Gasventil 1 gegenüber dem Netz eines Gasversorgers absperrbar ist. Dieses Gasventil wird nachfolgend als Absperrventil bezeichnet und ist z. B. am Eingang der Gasversorgungsleitung einer Hausinstallation angeordnet. Das Absperrventil 1 ist vorzugsweise stromlos geschlossen, damit auch bei Ausfall der elektrischen Versorgung eine sichere Abschaltung durch eine Steuer- /Prüfeinheit 10 gewährleistet ist. Die Steuer-/Prüfeinheit 10 kann beispielsweise Bestandteil eines Feuerungsautomaten sein. Dies ist dann vorteilhaft, wenn dieser bereits über die sicherheitstechnischen Strukturen zur Überwachung und Steuerung der Ventile und Sensoren verfügt. Als Sensor ist beispielweise ein Gasdurchflusssensor 2 vorzugsweise unmittelbar nach dem Absperrventil 1 in der Gasversorgungsleitung 3 angeordnet, der neben der Erkennung einer Leckage im verbrauchslosen Zustand auch den regulären Gasverbrauch detektieren kann.
Auch kann zum Beispiel ein Gasverbrauchszähler, der die verbrauchte Gasmenge detektiert und anzeigt, verwendet werden. Wird vom Durchflusssensor beziehungsweise vom Gasverbrauchszähler ein Verbrauch detektiert ohne das die Gasverbrauchseinrichtung, z.B. der Brenner 9 in Betrieb ist, so schaltet die Steuer-/Prüfeinheit 10 das netzseitige Absperrventil 1 und / oder die brennerseitigen Ventile 6 und 8 ab. Jedem Ventil ist selbstverständlich jeweils ein Antrieb zum Öffnen bzw. Schließen des jeweiligen Ventils zugeordnet. Das Ventil 6 wird als Sicherheitsventil und das zu diesem in Reihe geschaltete Ventil 8 wird als Brennstoffventil bezeichnet. Durch die redundante Auslegung der in Reihe geschalteten Ventile 6 und 8 kann im Fall eines defekten Brennstoffventils 8 die Gaszufuhr zu dem Brenner 9 durch das Sicherheitsventil 6 unterbunden werden. Das Sicherheitsventil 6 ist jedoch nicht zwingend notwendig, da bei einem defekten Brennstoffventil 8 die Gaszufuhr auch durch das netzseitige Absperrventil 1 unterbunden werden kann.
Insbesondere dann, wenn das Absperrventil eine höhere Sicherheitsklasse als das Sicherheitsventil aufweist, kann auf dieses verzichtet werden.
Da die derzeit zum Einsatz kommenden Brenner in der Regel zwei in Reihe geschaltete Ventile aufweisen, ist dies im Ausführungsbeispiel ebenfalls so dargestellt. Dies ist jedoch nicht zwingend für die Erfindung. Dies gilt entsprechend auch für einen oder mehrere entlang der Gasversorgungsleitung 3 vorgesehene Gaserkennungssensoren 4. Durch den Gaserkennungssensor 4 kann z. B. ein Gasleck in der Gasversorgungsleitung zu jedem Betriebszeitpunkt des Brenners erkannt werden. Der Gaserkennungssensor 4 ermöglicht somit eine permanente Überwachung der Gasversorgungsleitung, wobei eine Sicherheitsabschaltung und Verriegelung des Brenners erfolgen kann, wenn ausströmendes Gas detektiert wird. Nach dem Absperrventil und vor den brennerseitigen Ventilen kann ein Gasdrucksensor 5 an die Gasversorgungsleitung angeschlossen werden.
Der Gasdrucksensor 5 kann z. B. den Gasnetzdruck überwachen. Dadurch kann beispielsweise eine zeitlich begrenzte Abschaltung des Gasversorgungsnetzes erkannt werden. Der Gasdrucksensor 5 kann zum Beispiel als analoger/digitaler Druckmesser oder auch als Druckschalter ausgeführt sein.
Die Dichtheitsprüfung der Gasversorgungsstrecke kann ebenfalls mit Hilfe des Gasdrucksensors 5 erfolgen. Dabei kann alternierend das Sicherheitsventil oder das Brennstoffventil mit der Gasversorgungsleitung einbezogen werden. Selbstverständlich kann die Dichtheitsprüfung des Sicherheits- und Brennstoffventils auch unabhängig von der Dichtheitsprüfung der Gasversorgungsleitung durchgeführt werden. In diesem Fall ist zur Überprüfung der Ventile ein weiterer Drucksensor 7 zwischen diesen vorgesehen, der wie der Drucksensor 5 ausgeführt sein kann.
Figur 2 zeigt beispielhaft in einem Ablaufdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren zur Dichtheitsprüfung einer Gasversorgungsstrecke. Die einzelnen Funktionsblöcke beziehungsweise Verfahrensschritte werden nachfolgend beschrieben. Durch den Funktionsblock 20 ist die Gasverbrauchseinrichtung, z. B. der Brenner im Normalbetrieb dargestellt. Während des Normalbetriebes des Brenners kann der Gasnetzdruck durch einen Gasdrucksensor überwacht werden. Beispielsweise kann dadurch verhindert werden, dass es aufgrund eines zu geringen Gasnetzdruckes zu einem Flammenabriss und somit zu einer Störung während des Betriebs kommt. Diese Überwachung ist jedoch nicht zwingend notwendig, wenn sichergestellt ist, das ein ausreichender Gasnetzdruck vorhanden ist. Durch einen oder mehrere entlang der Gasversorgungsleitung angeordnete Gaserkennungssensoren kann ein Gasleck zu jedem Betriebszeitpunkt, des Brenners erkannt werden. Diese permanente Gaserkennungsüberwachung ist durch den Funktionsblock 30 dargestellt.
Wenn ausströmendes Gas vom Gaserkennungssensor detektiert wird, erfolgt eine Sicherheitsabschaltung des Brenners und das netzseitige Absperrventil und die brennerseitigen Ventile werden geschlossen. Die Sicherheitsabschaltung ist im Funktionsblock 40 dargestellt. Die permanente Gaserken- nungsüberwachung ist optional. Dies gilt auch für die im Funktionsblock 50 dargestellte Gasverbrauchsüberwachung. Beispielsweise kann die Gasverbrauchsüberprüfung nach einer Sicherheits-/ beziehungsweise Regelabschaltung des Brenners erfolgen. Wird dabei vom Gasdurchflusssensor ein Gasverbrauch detektiert ohne das der Brenner in Betrieb ist, veranlasst z. B. die Steuer- /Prüfeinheit des Feuerungsautomaten, dass das netzseitige Absperrventil abgeschaltet und dies als Störung gemeldet wird.
Die Fehlersicherheit des Durchflusssensors kann zyklisch vor dem Starten des Brenners oder nach dem Abschalten des Brenners getestet werden.
Die Prüfung des Durchflusssensors kann beispielsweise erfolgen durch eine zeitliche Kopplung zwischen geöffneten Gasventilen der Verbrauchseinrichtung und einer Gasverbrauchserkennung. Auch kann dabei die Funktion des Absperrventils überprüft werden, wie dies im Funktionsblock 70 dargestellt ist. Wird trotz Abschaltung des Absperrventils vom Durchflusssensor ein Gasstrom detektiert, so wird dies als Störung gemeldet. Unter der Voraussetzung einer fehlerfreien Funktion des Absperrventils kann dann die Druckmessung in der Gasversorgungsstrecke durchgeführt werden. Die Druckmessung kann hierbei mit Hilfe von zwei Drucksensoren oder auch nur mit einem Drucksensor durchgeführt werden. In beiden Fällen kann die Druckmessung vor dem Starten beziehungsweise nach dem Abschalten des Brenners oder in zyklischen Abständen bzw. permanent im
Standby-Betrieb der Gasverbrauchseinrichtung durchgeführt werden. Dabei kann zunächst festgestellt werden, ob ein ausreichender Gasdruck in der Gasversorgungsstrecke vorhanden ist .
Der Funktionsblock 80 beinhaltet die Dichtheitsprüfung des Sicherheitsventils und Brennstoffventils, wobei die Prüfschärfe des zwischen den Ventilen eingeschlossenen Gases durch eine von der programmierbaren Steuer-/Prüfeinheit festgelegte Prüfzeit definiert wird. Wenn die Dichtheitsprüfung der Ventile erfolgreich durchgeführt worden ist, kann dann die Dichtheitsprüfung der Gasversorgungsleitung durchgeführt werden, wie dies im Block 90 dargestellt ist. Dabei kann zunächst festgestellt werden, ob ein ausreichender Gasdruck in der Gasversorgungsstrecke vorhanden ist. In Abhängigkeit davon kann dann die gewünschte Prüfschärfe durch Einstellen der Prüfzeit für die Dichtheitsprüfung festgelegt werden .
Zur Überprüfung der Gasversorgungsleitung wird dann das netzseitige Absperrventil abgeschaltet bzw. geschlossen und das zwischen dem Absperrventil und dem Sicherheitsventil
beziehungsweise bei geöffnetem oder nicht vorhandenem Sicherheitsventil das zwischen Absperrventil und Brennstoffventil in der Gasversorgungsleitung eingeschlossene Gas wird durch eine Druckmessung überwacht, ob innerhalb der Prüfzeit eine Druckänderung auftritt. Die Größe der Druckänderung kann hierbei mit einem Referenzwert verglichen werden, der ein Maß für die Dichtigkeit der Gasversorgungsstrecke darstellt. Wird während der Prüfzeit, z. B. kein Druckabfall festgestellt, so kann der Brenner beim nächsten Start in Betrieb genommen werden. Wird jedoch ein Druckabfall festgestellt, so kann die Steuer-/Prüfeinheit durch Verriegelung die Inbetriebnahme des Brenners verhindern. Dies kann als Störung dem Bedingungspersonal angezeigt werden. Daraufhin können dann entsprechende Maßnahmen zur Behebung der Störung, beispielsweise Abdichtung der Gasversorgungsleitung oder Austausch der Ventile vorgenommen werden.