Schleichende Leckagen vermeiden

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AUMA Riester GmbH & Co. KG

Endress+Hauser (Deutschland) GmbH+Co. KG

ARI-Armaturen Albert Richter GmbH & Co. KG

Hierbei sind im Wesentlichen zwei Fragestellungen zu beantworten, die den Planer und Anlagenbetreiber interessieren:

• Welchen Einfluss hat die Existenz von konstantem Fremdgegendruck auf die Auslegung eines federbelasteten Sicherheitsventils?

• Wie wirkt sich ein vorhandener konstanter Fremdgegendruck auf die Funktion (Öffnungsdruckdifferenz, Schließdruckdifferenz), Leistung und Dichtheit des Sicherheitsventils aus bzw. inwieweit beeinflusst eine Einstellung nach Kalt-Einstelldruck die Funktionscharakteristik des Sicherheitsventils?

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Definition des Gegendrucks

Bei der Definition des Gegendrucks unterscheidet man bei Sicherheitsventilen zwischen Eigengegendruck (amerikanisch: Built-up back pressure) und Fremdgegendruck (Superimposed back pressure). Das Vorliegen eines Gegendruckes setzt dabei unter Umständen die Verwendung eines Metall-Faltenbalges voraus.

Der Eigengegendruck ist der Überdruck in der Abblaseleitung des Sicherheitsventils, der sich beim Abblasen (Öffnen) aufbaut, er tritt demzufolge variabel auf.

Der Fremdgegendruck ist der Überdruck, der bereits vor dem Abblasen des Sicherheitsventils in der Abblaseleitung vorherrscht. Er kann konstant oder variabel auftreten.

Beim geschlossenen Sicherheitsventil wirkt der Fremdgegendruck damit zusätzlich in Schließrichtung auf den Kegel gegen den Behälterdruck.F_{Ansprechdruck} =F_{Federvorspannung} + F_{Fremdgegendruck} (3)

Das bedeutet, bei der Einstellung der Druckfeder muss diese zusätzliche Kraft berücksichtigt und die Druckfeder dementsprechend schwächer vorgespannt werden. [6, S. 17] Ansonsten würde das Sicherheitsventil bei einem zu hohen Druck, nämlich bei der Summe nach Gleichung (3), ansprechen.

Einstellung nach CDTP

Das beschriebene Vorgehen ist üblich bei der Auslegung und Einstellung von amerikanischen Sicherheitsventilen nach API/ASME [6, S. 25] und wird als „Einstellung nach CDTP (Cold-Differential-Test-Pressure)“ bezeichnet.

F_CDTP = F_{Federvorspannung} – F_{Fremdgegendruck} (4)

Im europäischen Regelwerk DIN EN ISO 4126 [2, S. 5] erfolgt der Hinweis, dass der Kalt-Einstelldruck gegebenenfalls Korrekturen für Gegendruck und Temperatur beinhalten kann. Hierzu wurden umfangreiche Messungen auf dem Leistungsprüfstand (Luft) von Albert Richter Ari-Armaturen durchgeführt.

Auf dem Prüfstand

Der Gegendruck kann durch den Einbau eines Metall-Faltenbalges kompensiert werden. Für eine optimale Funktion, sollte der mittlere Faltenbalg-Durchmesser möglichst gleich dem mittleren Sitzdurchmesser des Sicherheitsventils sein. Bei der Existenz eines variablen Fremdgegendruckes ist generell ein Faltenbalg erforderlich, da aufgrund der Variabilität von F_{Fremdgegendruck} sich der Ansprechdruck ständig verändern würde.

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