DE1230281B - Berstscheibensicherheitseinrichtung fuer Drucksysteme - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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DEUTSCHES yffiJTlm PATENTAMT Int. CL:

F16k

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche KL: 47 g-47/03

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1230 281
B74400XII/47g
26. November 1963
8. Dezember 1966

Die Erfindung betrifft eine Berstscheibensicherheitseinrichtung für Drucksysteme, bei der hinter der Berstscheibe ein Druckentlastungsraum vorgesehen ist, der über ein Überdruckventil mit einer Abgasleitung verbunden ist.

Bei verschiedenen physikalischen und chemischen Verfahren besteht die Notwendigkeit, einen Druckbehälter völlig gasdicht abzuschließen, und zwar entweder weil der gas- oder dampfförmige Inhalt wegen seiner toxischen Eigenschaften nicht in den Umgebungsraum gelangen darf oder weil zur Erzielung eines einwandfreien Produktes im Bearbeitungsverfahren jeder Gasverlust vermieden werden muß. Sofern der Druck im Überdruckraum einen festgelegten zulässigen Wert überschreitet, soll eine Sicherheitseinrichtung ansprechen, welche einen Druckausgleich in zuverlässiger Weise ermöglicht. Für derartige Aufgabenstellungen kennt man bereits Folienventile bzw. Sicherheitsventile mit vor- oder nachgeschalteter Berstscheibe.

Beim Folienventil wird der vollständige Gasabschluß durch eine dünne Folie bewirkt, die zwischen Ventilkegel und Stützkolben gelegt wird und nach dem Anziehen der Flanschschrauben des Ventils den Eingangsstutzen dicht abschließt. Die Folie stützt sich bei zulässigem Betriebsdruck gegen den Stützkolben. Überschreitet der Druck den zulässigen Wert, so bewegt sich der Ventilsitz mit dem Stützkolben gegen Federkraft, und dabei wird die am Rand eingespannte Folie abgeschert. Das Ventil wirkt dann als Überdruckventil, wobei der völlig gasdichte Abschluß erst durch die Einfügung einer neuen Zwischenfolie wiederhergestellt werden kann. Diese Folie, die meist in einer Stärke von 0,02 bis 0,05 mm verwendet wird, ist vor dem Einspannen sorgfältig auf etwaige Porenöffnungen zu untersuchen. Wegen der geringen Dicke können bereits geringfügige Korrosionen eine Porosität hervorrufen, welche den ursprünglichen Vorteil des völligen Gasabschlusses weitgehend aufhebt. Dickere Folien erfordern große Kräfte beim Ansprechen, weil neben der Federkraft des Ventils noch der Widerstand der Folie gegen Abscheren zu überwinden ist. Befindet sich der Druck im Überdruckraum dicht unterhalb des Ansprechdruckes für'das Sicherheitsventil, so wird der Gegendruck der Federkraft bereits kompensiert, und nur der Widerstand der Folie verhindert zunächst das Ansprechen. In einem solchen Betriebszustand wird die Folie unkontrollierbar beansprucht und bei häufiger Widerholung allmählich ermüden. Ein derartiges Sicherheitsventil zeigt eine gewisse Undichtigkeit, obwohl es noch nicht infolge Überdruck angesprochen hatte.

Berstscheibensicherheitseinrichtungfür
Drucksysteme

Anmelder:

Brown Boveri/Krupp Reaktorbau G. m. b. H.,

Düsseldorf, Königsallee 70

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Walter Stürmer, Mannheim

Aus der USA.-Patentschrift 2 788 794 ist es bereits bekannt, als Sicherheitsemrichtung für ein Drucksystem eine Anordnung von mehreren Berstscheiben mit nachgeschaltetem Überdruckventil vorzusehen, von denen die das Drucksystem abschließende Berstscheibe durch einen mit Druck beaufschlagten Raum weitgehend entlastet wird. Eine ähnliche Anordnung — jedoch ohne die Nachschaltung eines Sicherheitsventils — zeigt die USA.-Patentschrift 2 895 492. Für beide Sicherheitseinrichtungen trifft jedoch zu, daß lediglich die erste Berstscheibe druckentlastet ist, während die weiteren Membranen einen hohen Differenzdruck aufzunehmen haben und daher völlig einseitig beansprucht werden. Außerdem wird die Betriebssicherheit der Vorrichtung mit jeder zusätzlich eingebauten Membran geringer, da diese ein sehr störanfälliges Bauelement darstellen.

Aus der genannten USA.-Patentschrift 2788 794 ist es ferner bekannt, zwischen dem Drucksystem und dem Druckentlastungsraum eine die erste Membran überbrückende Verbindungsleitung vorzusehen, die bei normalen Betriebsbedingungen den Druck des Drucksystems auf den Druckentlastungsraum überträgt. Bei Anstieg dieses Druckes über einen vorgegebenen Wert hinaus wird die Verbindungsleitung durch ein federbelastetes Ventil geschlossen. Bei weiterer Drucksteigerung wölbt sich die Membran vor und zerstört mittels eines Stiftes eine zweite Membran. Erst dann wird der Druck in dem Entlastungsraum abgebaut, und die erste Membran bricht. Diese Ausbildung hat neben dem verzögerten Ansprechen der ersten Membran den Nachteil, daß bei Ermüdung oder Korrosion der zweiten, nicht druckentlasteten Membran die Gefahr besteht, daß das in dem Drucksystem anstehende Medium über die Verbindungsleitung direkt in die Abgasleitung gelangen kann.

609 730/215

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, eine Berstscheibensicherheitseinrichtung der genannten Art anzugeben, die mit nur einer Berstscheibe auskommt, welche völlig druckentlastet ist und bei Anstieg des Druckes in dem Drucksystem auf einen vorbestimmten Wert unmittelbar anspricht. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mit einer Druckquelle in Verbindung stehende Entlastungsraum über eine Druckausgleichsleitung mit der Abgasleitung verbunden ist, wobei in der Druckausgleichsleitung ein vom Druck im abzusichernden System gesteuertes Absperrventil angeordnet ist. Bei einer derartigen Anordnung wird eine eingespannte Scheibe als Berstscheibe verwendet, wobei in dem hinter dieser Scheibe befindlichen Druckentlastungsraum bei ordnungsgemäßem Betriebszustand, d. h. zulässigem Überdruck in dem vor der Berstscheibe liegenden Drucksystem, ein Druck aufrechterhalten wird, der so groß oder wenigstens nahezu so groß wie der Druck im abzusichernden System ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß die einzig vorhandene Berstscheibe zunächst nahezu druckentlastet ist und daher mit geringer Dicke hergestellt werden kann. Beim Eintreten des Störungsfalles bewirkt das Schwinden des Druckes im Druckausgleichsraum eine so erhebliche Druckbelastung der Berstscheibe, daß ein rasches Ansprechen sichergestellt ist.

Da das Drucksystem in jedem Fall völlig gasdicht abgesperrt sein soll, ist es zweckmäßig, das Absperrventil als Faltenbalgventil derart auszubilden, daß eine völlige Abdichtung zwischen Uberdruckraum und Druckentlastungsraum eintritt. Dabei ist es vorteilhaft, daß die Ventilspindel des Absperrventils eine Stützscheibe aufweist, an deren Oberfläche eine Schraubendruckfeder einseitig abgestützt ist, welche gleichzeitig am Ventilgehäuse aufliegt, und daß zwischen der Stützscheibe und der Wand des Ventilgehäuses ein erster Faltenbalg eingeschaltet ist, welcher die Schraubendruckfeder und die Ventilspindel teilweise umschließt, daß ferner an die Ventilspindel und das Ventilgehäuse im Bereich des Ventiltellers ein zweiter Faltenbalg angeschlossen ist und daß eine mit dem Drucksystem verbundene Steuerleitung in den Raum zwischen den beiden Faltenbügeln mündet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung schematisch dargestellt.

Man erkennt einen Behälter 1 des Drucksystems mit einem Anschlußstück 2, welches einen Flansch 3 aufweist. An den Flansch 3 ist mit Hilfe eines Gegenflansches 4 ein rohrförmiges Druckentlastungsteil 5 angeschlossen, das mit einem federbelasteten Überdruckventil 6 in Verbindung steht, wobei dieses Überdruckventil 6 in eine je nach den vorliegenden Betriebsbedingungen weitergeführte oder nach der Außenluft öffnende Abgasleitung 7 mündet. Zwischen dem Druckentlastungsteil 5 und der Abgasleitung 7 befindet sich eine das Überdruckventil 6 überbrükkende Druckausgleichsleitung 8.

In diese Druckausgleichsleitung 8 ist ein Ventilteller 9 eines Absperrventils 10 eingeschaltet, der von einer Ventilspindel 11 getragen wird. Die Ventilspindel 11 ist in einem Ventilgehäuse 12 durch eine Hülse 13 geführt und weist außerdem eine Stützscheibe 14 auf, gegen die einseitig eine Schraubendruckfeder 15 abgestützt ist. Das andere Ende der Schraubendruckfeder 15 liegt am Ventilgehäuse 12 auf. Die Schraubendruckfeder 15 sowie die Ventilspindel sind teilweise in einem ersten Faltenbalg 16 angeordnet, welcher einseitig an der Stützscheibe 14 und am Ventilgehäuse 12 gasdicht befestigt ist. Ein zweiter Faltenbalg 17 ist an die Ventilspindel 11 im Bereich des Ventiltellers 9 angeschlossen und mit seinem anderen freien Ende gleichfalls am Ventilgehäuse 12 gasdicht befestigt. In den Raum des Ventilgehäuses, welcher von der Außenfläche des ersten Faltenbalges 16, der Stützscheibe 14 und vom Innenraum des zweiten FaI-tenbalges 17 im wesentlichen umgrenzt wird, mündet eine Steuerleitung 18, die unmittelbar mit dem Innenraum des Überdruckbehälters 1 in Verbindung steht. Zwischen den Flanschen 3 und 4 ist gegen eine Stützvorrichtung 19 eine Berstscheibe 20 eingespannt.

Die Stützvorrichtung, die für die Sicherheitsvorrichtung nicht unbedingt erforderlich ist, erlaubt eine Prüfung des Überdruckventils, ohne, die Berstscheibe, zu belasten. Ferner schützt sie die Berstscheibe bei einem Entlasten des Drucksystems, wenn nicht gleichzeitig der Druck im Druckentlastungsraum gesenkt wird. Der dem im Überdruckbehälter 1 herrschenden Druck entsprechende Druckwert wird im Druckentlastungsraum durch eine Druckluftvorrichtung erzeugt, von der die Luft ζ. Β. durch ein Regelventil 22, gesteuert durch den Druckfühler 21, in den Druckentlastungsraum gelangt.

In ordnungsgemäßem Betriebszustand entspricht der Überdruck im Drucksystem etwa dem Druck im Druckentlastungsraum 5, und die Druckausgleichsleitung 8 ist durch den Ventilteller 9 des Absperrventils 10 verschlossen. Ebenso ist das Überdruckventil 6 gegen Federdruck in seiner Schließendlage festgehalten.

Überschreitet der Druck im Überdruckbehälter 1 den zulässigen Wert, so bewirkt die Weiterleitung dieses Druckwertes durch die Steuerleitung 18 zum Absperrventil 10, daß der Ventilteller 9 vom Ventilsitz 8 abhebt, und es wird nunmehr eine Verbindung zwischen dem Druckentlastungsraum und der Abgasleitung 7 hergestellt. Dadurch tritt im Druckentlastungsraum eine starke Druckabsenkung ein, so daß der Überdruck die Berstscheibe 20 durchschlägt und das Überdruckventil 6 zum Ansprechen bringt.

Nach Druckabfall im Überdruckbehälter 1 schließt das Absperrventil 10, und die Druckausgleichsleitung 8 wird erneut abgesperrt. Die Anlage arbeitet dann ausschließlich mit dem federbelasteten Sicherheitsventil 6, bis eine neue Berstscheibe 20 zwischen die Flanschteile 3, 4 eingesetzt wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Berstscheibensicherheitseinrichtung für Drucksysteme, bei der hinter der Berstscheibe ein Druckentlastungsraum vorgesehen ist, der über ein Überdruckventil mit einer Abgasleitung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mit einer Druckquelle in Verbindung stehende Entlastungsraum (5) über eine Druckausgleichsleitung (8) mit der Abgasleitung (7) verbunden ist, wobei in der Druckausgleichsleitung ein vom Druck im abzusichernden System gesteuertes Absperrventil (10) angeordnet ist.

2. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (10) als Faltenbalgventil ausgebildet ist.

3. Sicherungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilspindel (11) des Absperrventils (10) eine Stützscheibe (14)

aufweist, an deren Oberfläche eine Schraubendruckfeder (15) einseitig abgestützt ist, welche gleichzeitig am Ventilgehäuse (12) aufliegt, und daß zwischen der Stützscheibe und der Wand des Ventilgehäuses ein erster Faltenbalg (16) eingeschaltet ist, welcher die Schraubendruckfeder und die Ventilspindel teilweise umschließt, daß ferner an die Ventilspindel im Bereich des Ventiltellers (9) ein zweiter Faltenbalg (17) einseitig angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit dem Ventilgehäuse verbunden ist, und daß eine mit dem Drucksystem verbundene Steuerleitung (18) in den Raum zwischen der Stützscheibe und den Innenraum des zweiten Faltenbalges mündet.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 822 324; USA.-Patentschriften Nr. 2 788 794, 2 895 492.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen