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Lunch & Learn 23.08.2013Vom Auslegungsfall zum passenden Sicherheitsventil Thomas Paesch
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• Dokumentation 20
• SV-Zubehör 19
• SV-Installation 17
• Berechnungen 12
• Szenarien / Auslegungsfälle 10
• Einsatzbereiche 9
• Grundfunktion 7
• Aussehen und Aufbau 5
• Definition Sicherheitsventil 23
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Definition „Sicherheitsventil“ – (1)
Wat is en Sicherheitsventil?(in Anlehnung an „Feuerzangenbowle“: Wat is en Dampfmaschin?)
Sicherheitsventile schützen druckbeaufschlagte Räume oder Druckbehälter (z. B. Dampf-kessel, Druckbehälter, Rohrleitungen, Transportbehälter) vor einem unzulässigen Druck-anstieg, der zu einer Schädigung des angeschlossenen Druckgerätes führen kann. Sicher-heitsventile leiten bei Überschreiten des Ansprechdruckes Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten indie Atmosphäre oder in Sammelrohrleitungen ab.
Quelle: Wikipedia
Sicherheitsventil: Ein Ventil, das automatisch ohne Unterstützung durch eine andere Energieals die des Mediums eine Menge des Mediums ausfließen lässt, so dass die Überschreitungeines vorbestimmten Druckes verhindert wird, und das so ausgelegt ist, dass es schließtund weiteres Ausfließen des Mediums verhindert, wenn wieder normale Arbeitsdruck-bedingungen hergestellt sind.
Quelle: DIN EN ISO 4126-1Sicherheitseinrichtungen gegen unzulässigen Überdruck – Teil 1 Sicherheitsventile
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Definition „Sicherheitsventil“ – (2)
Der Hauptzweck eines Sicherheitsventils ist:Der Schutz von Leben, Eigentum und der Umwelt.
Sicherheitsventile sind dazu bestimmt zu öffnen und Überdruck von Behältern oder Ausrüstungabzulassen und dann wieder zu schließen. Nachdem die normalen Betriebsbedingungenwieder hergestellt sind, wird eine weitere Abgabe des Mediums verhindert.
Ein Sicherheitsventil ist eine Schutzvorrichtung und in vielen Fällen die letzte Absicherung. Esmuss sichergestellt sein, dass das Sicherheitsventil jederzeit und unter allen Bedingungenbetriebsfähig ist. Ein Sicherheitsventil ist kein Regelventil oder Druckminderer und darf alssolches nicht falsch angewendet werden. Es sollte nur zu einem Zweck dienen: Schutz vorÜberdruck.
Quelle: Homepage der Firma LESER
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Aussehen von verschiedenen Sicherheitsventilen
Ventile mit Flanschanschluss
Vollhub-Ventil
Ventile mit Tri-Clamp- bzw. Gewindeanschluss
PTFE-Auskleidung Clean ServiceBild-Quellen: Leser, Richter, Riegler, Wikipedia
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Aufbau eines Sicherheitsventils
Kernelemente eines Sicherheitsventils:
Druckschraube zur Einstellung der Federkraft:Einstellung des Ansprechdrucks
Hub bzw. Hubbegrenzung (optional):Verringerung der Ausflussziffer „ “
Sitz:Engster Querschnitt (Durchmesser „do“)
Eintritt:Verbindung zum abzusichernden Objekt
Austritt:Verbindung zur Abblaseleitung / Umgebung
Bild-Quelle: www.sicherheitsventile.net/aufbau-eines-ventils.html
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Grundfunktionen eines federbelasteten Sicherheitsventils
Das Diagramm zeigt eine typische Funktionskurve eines federbelasteten Sicherheitsventils.
Es ist wichtig zu verstehen, dass derBetriebsdruck der zu schützendenAusrüstung unter dem Schließdruckdes Ventils liegen muss. Die meistenHersteller sowie die Regelwerkeempfehlen einen Unterschied von3-5% zwischen Schließ- und Betriebs-druck, um ein sauberes Schließen desVentils zu gewährleisten und wiedereine gute Sitzdichtheit zu erhalten.
Quelle: www.leser.com
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Sicherheitsventil-Öffnungscharakteristik
Proportional-VentilNormal-VentilVollhub-Ventil
Diagramm-Quellen: Leser
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Einsatzbereich nach Öffnungscharakteristik
Vollhub-Sicherheitsventil Große Mengenströme ( w(D/G) 0,7 - 0,8)Ideal für Dämpfe und GaseVorteil: kleine NennweiteNachteil: tatsächlicher > abzuführender Mengenstrom
Normal-Sicherheitsventil Mittlere Abblaseleistung ( w(D/G) 0,4 - 0,6)Größerer Proportionalbereich als Vollhub-SVNachteil: tatsächlicher > abzuführender Mengenstrom
Proportional-Sicherheitsventil Kleine Mengenströme ( w(D/G) 0,1 - 0,15)Haupteinsatzgebiet: thermische AusdehnungVorteile: stabiles Öffnungsverhalten undtatsächlicher = abzuführender MengenstromNachteil: kleine Ausflussziffer
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Ursachen für Überdruck-Szenarien (Auslegungsfälle)
Wichtige Beispiele
• Blockierte bzw. geschlossene Ableitung • Thermische Expansion (Gas / Flüssigkeit)• Chemische Reaktion / Durchgehreaktion• Rohrbruch bei Wärmetauschern• Externes Feuer, auch „Brandfall” genannt • Störung des Kühlungssystems / Kühlungsausfall• Störung der Zudosierung (Regelventilversagen)• Regelungsversagen (zwei Pumpen statt einer)
Identifikation von Überdruck-Szenarien, siehe z.B.:
• ISO 4126-10 - Safety devices forprotection against excessiveoverpressure – Part 10:„Sizing of safety valves for gas/liquid two-phase flow“(Annex A: Identification of sizing scenarios)
• API Standard 521 / ISO 23251(Abschnitt 4 liefert einen detaillierten Leitfaden für Überdruckgründe)
Jedes der Ereignisse kann einzeln und getrennt von den anderen vorkommen. Sie können aber auch gleichzeitig stattfinden.
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Spezialauslegungsfall „Durchgehende chemische Reaktion“
Wichtiger Parameter des Reaktionsgemischs: Schaumbildungsneigung
Schäumen und zweiphasige Entlastung führen immer zu größeren notwendigen Entlastungs-durchmessern, weil der Entlastungsdurchmesser durch den Flüssigkeitsanteil versperrt wird. Alternativ kann z.B. eine Füllgradsbegrenzung für den Reaktionsbehälter genutzt werden.
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Beispiel
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Berechnungen zur Ventilauslegung – (1)
Tools und Programme zur Bestimmung von:
Abzuführender Massenstrom (Was muss abgeführt werden?):u.a. Heizen (z.B. Verdampfungsmenge), Flowmaster (Gas-/Flüssigkeitseintrag)
Abführbarer Massenstrom (Was kann das Sicherheitsventil abführen?):u.a. Valvestar (Leser: Sicherheitsventilleistung), Flowmaster
Druckverlustberechnungen in den Sicherheitsventil-Anschlussleitungen:u.a. Gasflo, Flowmaster, Aspen Flare System Analyzer (Druckverlust bei 2-ph-Strömung)
[ Tool / Programm - “Herkunft“: In-house-Tool bzw. kommerziell erworbenes Programm ]
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Beispiel
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Berechnungen zur Ventilauslegung – (2)
Wichtigste Auslegungskriterien für die Druckverlustberechnungen:
3%-Kriterium für die Zuleitung zum Sicherheitsventil (aus Normen, z.B. ISO-4126-9 / API-520)
In der Zuleitung vom abzusichernden Behälter bis zum Eintritt ins Sicherheitsventil darf ein maximaler Druckverlust von 3% in Bezug auf den eingestellten Überdruck auftreten.Höhere Druckverluste bewirken Funktionsstörungen des Ventils und mögliche Beschädigungen.
Grenz-Kriterium für die Abblaseleitung vom Sicherheitsventil (Herstellerangabe / 10% API 520)
In der Abblaseleitung vom Sicherheitsventilaustritt bis zur Austrittsstelle (z.B. Umgebung) darf ein Druckverlust von maximal x% in Bezug auf den eingestellten Überdruck auftreten. (z.B. Leser: 15%)Höhere Druckverluste bewirken Funktionsstörungen des Ventils und mögliche Beschädigungen.
Nachfolgendes Beispiel:Prüfung und regelkonforme Auslegung von isometrisch vorhandenen Zu- und Abblaseleitungenbei vorgegebenem Szenario und entsprechend ausreichend dimensioniertem Sicherheitsventil.(Durchführung der Berechnungen mit dem Strömungssimulationsprogramm Flowmaster.)
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SV-Zubehör
SV-Installation
Beispiel
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Auslegung eines Sicherheitsventils - (1)
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Dokumentation
SV-Zubehör
SV-Installation
Beispiel
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Auslegung eines Sicherheitsventils - (2)
= Stellen mit Machzahl 1
Das Sicherheitsventil gibt den Massenstrom vor. Daraus ergeben sich die Druckverlustwerte..
Berechnungsergebnis mit Flowmaster:Massenstrom: 19.700 kg/hZuleitungsdruckverlust: 7 % > 3 % *)Gegendruckverlust: 35 % > 15 % **)*) Grenzwert gemäß DIN EN ISO 4126-9
**) Grenzwert gemäß Sicherheitsventilhersteller
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SV-Zubehör
SV-Installation
Beispiel
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Auslegung eines Sicherheitsventils - (3)
0,5 mDN65(DN50)
20 mDN100(DN80)
Berechnungsergebnis mit Flowmaster:Massenstrom: 19.700 kg/hZuleitungsdruckverlust: 2,9 % < 3 % *)Gegendruckverlust: 13 % < 15 % **)*) Grenzwert gemäß DIN EN ISO 4126-9
**) Grenzwert gemäß Sicherheitsventilhersteller
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Berechnungen
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Einsatzbereiche
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Definition Sicherheitsventil
Beachtenswertes zur Sicherheitsventil-Installation – (1)
Zuleitung zum Sicherheitsventil möglichst kurz ausführen
Ableitung vom Sicherheitsventil möglichst kurz ausführen, am besten nach unten(vor allem bei Flüssigkeitsaustrag / 2-ph-Austrag)
Ableitung an einen „sicheren Ort“ führen,vor allem bei Gefährdung durch den Austritt von z.B. heißen oder erstickenden Medien (z.B. N2)(Bei Bedarf z.B. Abscheider und/oder Wäscher zwischen Ventil und Umgebungsaustritt vorsehen. Dies istvor allem bei giftigen bzw. umweltgefährdenden Stoffen wichtig. -> Stichwort: Ausbreitungsrechnung)
Verdampfen bei der Entspannung (Ansprech- auf Umgebungsdruck) von Flüssigkeiten beachten(z.B. bei druckverflüssigten Gasen, unterkühlten Flüssigkeiten und 2-Phasen-Strömungen)
Abkühlung (Joule-Thomson-Effekt) bei der Entspannung berücksichtigenwichtig für u.a.: Materialauswahl, Funktion („Vereisung“ des Ventils)
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Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Beachtenswertes zur Sicherheitsventil-Installation – (2)
Entwässerungsmöglichkeit oder Regenschutz fürzur Umgebung offene Austrittsleitungen vorsehen
Bei Bedarf Schallschutzmaßnahmen an der Austrittsstelle vorsehen(Schallemission durch hohe Austrittsgeschwindigkeiten)
Halterungen für das Sicherheitsventil, aber auch für die Leitungen, speziellbei größeren Ventilen, auf entstehende Reaktionskräfte hin auslegen
Zugänglichkeit für Prüfungen bzw. Austausch bei der Montage berücksichtigen.
Prüfung und Wartung: Geschultes Personal einsetzen bzw. beauftragen
Prüfungsintervall: Medieneinfluss auf die Funktion berücksichtigen(Nach jedem Ansprechen ist das Ventil einer Prüfung zu unterziehen!)
Einflussfaktoren für den maximalen Einsatzdruck eines Ventils:Medientemperatur, Werkstoffauswahl, Flanschdruckstufe (Bei Bedarf mit dem Ventilhersteller klären.)
Bild-Quelle:www.weathercap.com
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SV-Zubehör
SV-Installation
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Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Beachtenswertes zum Sicherheitsventil-Zubehör
Zubehör, das den Einsatzbereich eines Sicherheitsventils erweitert:
Edelstahlfaltenbalg: Wirkt gegendruckkompensierend bis 35% (z.B. Leser) statt nur 15%
Hubbegrenzung: Verringerung des Ventilhubs und daraus folgend Reduzierung der Ausflussziffer
Heizmantel: Vorteil bzw. Notwendigkeit bei z.B. viskosen oder zum Verkleben neigenden Medien
Schwingungsdämpfer / O-Ring-Dämpfer:Einsatz bei extrem ungünstigen Systemparametern (z.B. 2-ph-Strömung, SV auf Rohrleitung)
Sicherheitsventil mit vorgeschalteter KUB (Knickstab-Umkehr-Berstscheibe):- bei höchsten Dichtheitsanforderungen- bei umweltschädigenden, giftigen, teuren und zum Verkleben neigenden Medien- zur Kostenreduzierung bei Werkstoffanforderungen an das Sicherheitsventil
Wechselventil („Change-over-Valve“, z.B. Leser):Prüfung auch bei kontinuierlicher Betriebsweise möglich
Bild-Quelle: Leser
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SV-Zubehör
SV-Installation
Berechnungen
Szenarien / Auslegungsfälle
Einsatzbereiche
Grundfunktion
Aussehen und Aufbau
Definition Sicherheitsventil
Dokumentation der Auslegungsergebnisse
Dokumentationsdatenblätter
Inhalt:- Auslegungsgrundlagen -> Deckblatt- Auslegungsergebnisse -> Anlagen
Ziel:- Dokumentationsablage für den Betrieb- Prüfbarkeit durch Sachverständigen / TÜV
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