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Sicherheitsventil – ein Kontroll- und Sicherheitsgerät für Kessel und Druckbehälter

Sicherheitsventile sind eine Anordnung oder ein Mechanismus, um eine Substanz aus dem betreffenden System freizusetzen, wenn Druck oder Temperatur einen bestimmten voreingestellten Grenzwert überschreiten. Die Anlagen im Zusammenhang können Kessel, Dampfkessel, Druckbehälter oder andere verwandte Anlagen sein. Gemäß der mechanischen Anordnung wird dieses in das Gesamtbild (Teil der größeren Anordnung) eingebaut, das als PSV oder PRV bezeichnet wird, dh Drucksicherheits- oder Druckentlastungsventile.

Diese Art von Sicherheitsmechanismus wurde weitgehend implementiert, um dem Problem der zufälligen Explosion von Dampfkesseln zu begegnen. Eingeweiht in die Funktionsweise eines Dampfkochers, gab es viele Methoden, die dann in der Phase der industriellen Revolution übernommen wurden. Und seitdem hat dieser Sicherheitsmechanismus einen langen Weg zurückgelegt und beherbergt nun verschiedene andere Aspekte.

Diese Aspekte wie Anwendungen, Leistungskriterien, Bereiche, nationale Standards (Länder wie die Vereinigten Staaten, die Europäische Union, Japan, Südkorea bieten unterschiedliche Standards) usw. schaffen es, dieses Sicherheitsventilsegment zu differenzieren oder zu kategorisieren. Es kann also viele verschiedene Möglichkeiten geben, wie diese Sicherheitsventile unterschieden werden, aber ein allgemeiner Bereich der Gabelung ist wie folgt:

• WIE ICH
• Aufzug
• Durchflussgesteuert
• Ausgewogen
• Strombetrieben
• Durchgezogene Linie mit vollem Hub
• Direkt sicherheitsgeladen
• Meister

Der I-Hahn der American Society of Mechanical Engineers (ASME) ist eine Art Sicherheitsventil, das sich in Bezug auf 3% und 4% Druck (ASME-Code für Druckbehälteranwendungen) öffnet, während das ASME VIII-Ventil bei 10% Überdruck öffnet und bei 7% schließt. Hubsicherheitsventile werden weiter in Niederhub und Vollhub unterteilt. Die Durchflussregelventile regeln den Druck oder Durchfluss eines Fluids, während ein balanciertes Ventil verwendet wird, um die durch den Druck induzierten Auswirkungen auf die Betriebseigenschaften des Ventils im Zusammenhang zu minimieren.

Ein kraftbetätigtes Ventil ist eine Art Druckbegrenzungsventil, bei dem auch eine externe Stromquelle zur Druckentlastung verwendet wird. Ein Proportional-Druckbegrenzungsventil wird im Vergleich zu steigendem Druck relativ stabil geöffnet. Es gibt 2 Arten von direktbelasteten Sicherheitsventilen, erstens Membranen und zweitens Faltenbälge. Membranen sind Ventile, die zum Schutz vor Einflüssen der Flüssigkeitsmembran federn, während Faltenbälge eine Anordnung bieten, bei der die Teile rotierender Elemente und Quellen durch Faltenbälge vor den Auswirkungen der Flüssigkeit geschützt werden.

Bei einem Hauptventil wird der Betrieb und sogar die Einleitung durch die Flüssigkeit gesteuert, die über ein Pilotventil abgeführt wird. Kommen wir nun zum Gesamtbild: Das Segment der Drucksicherheitsventile wird wie folgt klassifiziert:

• Thermische Überdruckventile (werden zum Schutz vor Überdruck verwendet, wenn das Gerät eine Temperaturerhöhung erfährt).
• Strömungsventile (kommen zum Einsatz, wenn größere Mengen an Gasen oder Flüssigkeiten schnell abgelassen werden müssen, um den wachsenden Druck wieder zu entlasten).
• Absperrventile (werden verwendet, um eine Flüssigkeits- oder Gasleitung zu schließen und den Materialfluss zu stoppen).

Insgesamt runden Drucksicherheitsventile, Druckentlastungsventile, Entlastungsventile, pilotgesteuerte Sicherheitsventile, Niederdrucksicherheitsventile, Unterdrucksicherheitsventile etc. das Spektrum der Sicherheitsmaßnahmen in Kesseln und verwandten Geräten ab.

Was sollte die Abflusskapazität eines Sicherheitsventils sein?

Sicherheitsventile haben unterschiedliche Abflussleistungen. Diese Kapazitäten basieren auf der geometrischen Fläche des Gehäusesitzes vor und hinter dem Ventil. Strömungsdurchmesser ist der minimale geometrische Durchmesser stromaufwärts und stromabwärts des Gehäusesitzes. 

Die Nennweitenbezeichnung bezieht sich auf den Durchmesser der Eintrittsblende. Die theoretische Durchflusskapazität eines Sicherheitsventils ist der Massenstrom durch eine Blende mit der gleichen Querschnittsfläche wie die Durchflussfläche des Ventils. Diese Kapazität berücksichtigt nicht die durch das Ventil verursachten Strömungsverluste. Die tatsächliche Kapazität wird gemessen, und die zertifizierte Durchflusskapazität ist die tatsächliche Durchflusskapazität reduziert um 10%.

Die Ablassleistung eines Sicherheitsventils ist abhängig vom eingestellten Druck und der Position in einem System. Nachdem der eingestellte Druck berechnet wurde, muss die Förderleistung bestimmt werden. Sicherheitsventile können je nach Durchflussmenge und/oder Ansprechdruck des Ventils über- oder unterdimensioniert sein.

Die tatsächliche Ablasskapazität eines Sicherheitsventils hängt von der Art des verwendeten Ablasssystems ab. Im Flüssigkeitsbetrieb sind Sicherheitsventile im Allgemeinen automatisch und werden durch direkten Druck betätigt. 

Wenn Sie mehr über die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils erfahren möchten, lesen Sie diesen Artikel weiter.

Was sind Sicherheitsventile?

Ein Sicherheitsventil dient zum Schutz vor Überdruck in einem Fluidsystem. Sein Design ermöglicht einen Hub in der Scheibe, der anzeigt, dass das Ventil kurz davor steht, sich zu öffnen. Wenn der Eingangsdruck über den eingestellten Druck steigt, bewegt sich die Führung in die geöffnete Position und das Medium strömt über das Steuerrohr zum Ausgang. Sobald der Eingangsdruck unter den eingestellten Druck fällt, schließt das Hauptventil und verhindert einen Überdruck. Es gibt fünf Kriterien für die Auswahl eines Sicherheitsventils.

Die erste und grundlegendste Anforderung an ein Sicherheitsventil ist seine Fähigkeit, den Gasfluss sicher zu steuern. Daher muss das Ventil in der Lage sein, den Gas- und Wasserfluss zu steuern. Das Ventil sollte in der Lage sein, den hohen Drücken des Systems standzuhalten. Dies liegt daran, dass das aus dem Kessel kommende Gas oder Dampf kondensiert und das Rohr füllt. Der Dampf benetzt dann den Sitz des Sicherheitsventils.

Die andere wichtige Anforderung an Sicherheitsventile ist ihre Fähigkeit, einen Druckaufbau zu verhindern. Sie verhindern Überdruckzustände, indem sie Flüssigkeiten oder Gase entweichen lassen. Sicherheitsventile werden in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Gas- und Dampfleitungen können beispielsweise katastrophale Schäden an der Anlage verhindern. Sie werden auch Sicherheitsventile genannt. In einem Notfall öffnet sich ein Sicherheitsventil automatisch und lässt Gas- oder Flüssigkeitsdruck aus einem unter Druck stehenden System ab, wodurch verhindert wird, dass es gefährliche Werte erreicht.

Was sollte die Abflusskapazität eines Sicherheitsventils sein?

Die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils basiert auf seiner Öffnungsfläche, dem eingestellten Druck und der Position im System. Die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils sollte basierend auf dem maximalen Durchfluss durch seine Einlass- und Auslassöffnungsbereiche berechnet werden. Seine Nenngröße wird oft durch Herstellerangaben bestimmt. 

Seine Ablasskapazität ist der maximale Durchfluss durch das Ventil, den es entlasten kann, basierend auf dem maximalen Durchfluss durch jeden einzelnen Durchflussweg oder kombinierten Durchflussweg. Der Austrittsdruck des Sicherheitsventils sollte höher sein als der Betriebsdruck der Anlage. Als Faustregel gilt, dass der Entlastungsdruck 10% über dem Betriebsdruck des Systems liegen sollte.

Es ist wichtig, die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils basierend auf den Einlass- und Auslassleitungsgrößen zu wählen. Idealerweise sollte die Entladeleistung gleich oder größer als die maximale Leistung der Anlage sein. Ein Sicherheitsventil sollte auch vertikal und in eine saubere Armatur eingebaut werden. Bei der Installation eines Ventils ist es wichtig, einen geeigneten Schraubenschlüssel für die Installation zu verwenden. Die Abflussleitung sollte nach unten geneigt sein, um jegliches Kondensat ablaufen zu lassen.

Die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils wird auf verschiedene Arten gemessen. Der erste ist der Prüfdruck. Dieser Überdruck ist der Druck, bei dem das Ventil öffnet, während der zweite der Druck ist, bei dem es wieder schließt. Beides wird in einem Prüfstand unter kontrollierten Bedingungen gemessen. Ein Sicherheitsventil mit einem Prüfdruck von 10.000 psi ist mit 10.000 psi bewertet (nach ASME PTC25.3).

Die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils sollte groß genug sein, um ein großes Druckvolumen abzubauen. Ein kleines Ventil kann für ein kleineres System ausreichend sein, aber ein größeres könnte eine Explosion verursachen. In einer großen Produktionsanlage sind Sicherheitsventile entscheidend für die Sicherheit von Personal und Ausrüstung. Die Wahl der richtigen Ventilgröße für ein bestimmtes System ist entscheidend für dessen Effizienz.

Wie berechnet man die Abflusskapazität eines Sicherheitsventils?

Bevor Sie ein Sicherheitsventil verwenden, müssen Sie dessen Abflusskapazität kennen. Hier sind einige Schritte, die Sie befolgen müssen, um die Ablasskapazität eines Sicherheitsventils zu berechnen.

• Testverfahren

Um die Abflusskapazität eines Sicherheitsventils zu überprüfen, sollte das Sicherheitsventil an der entsprechenden Stelle installiert werden. Die Einlass- und Auslassleitungen sollten vor der Installation gründlich gereinigt werden. Es ist wichtig, eine übermäßige Verwendung von PTFE-Band zu vermeiden und sicherzustellen, dass die Installation solide ist. Das Sicherheitsventil darf keinen Vibrationen oder übermäßigen Belastungen ausgesetzt werden. Bei der Montage eines Sicherheitsventils sollte dieses senkrecht und mit dem Prüfhebel nach oben eingebaut werden. Der Einlassanschluss des Sicherheitsventils sollte mit der kürzesten Rohrlänge am Behälter oder an der Rohrleitung befestigt werden. Er darf nicht durch ein Absperrventil unterbrochen werden. Der Druckverlust am Eingang eines Sicherheitsventils sollte 3% des Einstelldrucks nicht überschreiten. 

• Berechnung der Abflusskapazität eines Sicherheitsventils

Die Dimensionierung eines Sicherheitsventils hängt von der Flüssigkeitsmenge ab, die es steuern muss. Die Nennauslasskapazität ist eine Funktion der Öffnungsfläche des Sicherheitsventils, des eingestellten Drucks und der Position im System. Anhand der Herstellerangaben zu Öffnungsfläche und Nennweite des Ventils lässt sich die Leistungsfähigkeit eines Sicherheitsventils bestimmen. Der Abflussfluss kann anhand des maximalen Durchflusses durch das Ventil oder der kombinierten Flüsse mehrerer Pfade berechnet werden. Bei der Dimensionierung eines Sicherheitsventils müssen sowohl seine theoretische als auch seine tatsächliche Abflusskapazität berücksichtigt werden. Idealerweise entspricht die Entladekapazität der Mindestfläche.

• Einstellen des maximal zulässigen Arbeitsdrucks

Um den korrekten Einstelldruck für ein Sicherheitsventil zu bestimmen, berücksichtigen Sie die folgenden Kriterien. Er muss kleiner sein als der MAAP des Systems. Ein eingestellter Druck von 5% größer als der MAAP führt zu einem Überdruck von 10%. Wenn der eingestellte Druck höher als der MAAP ist, schließt das Sicherheitsventil nicht. Der MAAP darf niemals den eingestellten Druck überschreiten. Ein zu hoher Einstelldruck führt zu einer schlechten Absperrung nach dem Ablassen. Je nach Ventiltyp kann eine Gegendruckvariation von 10% bis 15% des eingestellten Drucks nicht von einem herkömmlichen Ventil bewältigt werden.