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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung einer
Gasversorgungsstrecke für
eine Gasverbrauchseinrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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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.
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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.
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Aus
der
EP 0 284 785 A1 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Dichtheitsprüfung
wird das in der Gasversorgungsstrecke befindliche Gas gegenüber dem
Gasversorgungsnetz und der Gasverbrauchseinrichtung mit Hilfe von
zwei in Bezug auf die Strömungsrichtung des
Gases in Reihe angeordneten Gasventilen abgesperrt, wobei die Prüfschärfe des
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.
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Die Überprüfung beziehungsweise Überwachung
der Gasversorgungsleitung und der Gasventile der Gasversorgungsstrecke
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.
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Die
Festlegung der Prüfschärfe durch
die Prüfzeit
hat z.B. bei einer programmierbaren Steuer-/Prüfeinheit den Vorteil, das 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 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.
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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.
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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.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
in Zusammenhang mit den Figuren.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer Gasversorgungsstrecke dargestellt als Funktionsblockbild
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2 ein
Ausführungsbeispiel
der Dichtheitsprüfung
dargestellt als Ablaufdiagramm
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Gaserkennungsüberwachung
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.
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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.
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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.
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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.