DD232967B1 - Verfahren und einrichtung zur druckstossbegrenzung in rohrleitungssystemen - Google Patents

Description

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liegt und das im stationären Betrieb geschlossene Ventil, vorzugsweise Magnetventil, bei Ansprechen der schnellschließenden Armatur in der Hauptleitung schneller geöffnet wird als die schnellscNießenden Armaturen in Haupt- und Nebenleitungen geschlossen werden. 2. Einrichtung in einem Rohrleitungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Pkt. 1 u.a. bestehend aus einer schnellschließenden Armatur im Hauptstromkreis und einem Behälter, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischkammer in Strömungsrichtung gesehen, direkt hinter der schnellschließenden Armatur in die Leitung eingebunden ist, die Mischkammer darüber hinaus mit einem unter Systemdruck stehenden mit Wasser gefüllten Behälter über eine Leitung, in der ein Ventil, vorzugsweise Magnetventil, und eine zweite schnellschließende Armatur seriell eingebunden sind, gekoppelt ist und die genannten Armaturen gemeinsame Steuerleitungen besitzen.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung ist vorgesehen für eine Anwendung in flüssigkeitsführenden Rohrleitungssystemen, insbesondere Neuen der Fernwärmeversorgung.

Sie bezieht sich auf die Problematik der Vermeidung von Druckstößen und/oder Ausdampfungsvorgängen, die gekoppelt sind mit Kondensationsschlägen, bei Drossel-oder Absperrvorgängen in flüssigkeitsführenden Rohrleitungen.

Es soll insbesondere die Anlagensicherheit erhöht werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Verzögerung oder bei völliger Unterbrechung der Strömung eines flüssigen Mediums baut sich durch Umwandlung der kinetischen Strömungsenergie in potentielle Energie vor Drosseln bzw. Absperrorganen ein Druck auf.

Hinter dem Absperrorgan entsteht ein Druckabfall, durch den je nach Strömungsgeschwindigkeit und Anlagengestaltung der Siededruck erreicht werden kann und eine Entgasung bzw. Verdampfung mit nachfolgender stoßartiger Kondensation erfolgt.

Zur Vermeidung bzw. zur Verminderung dieser stoßartigen Beanspruchung des System werden handbetätigte oder motorgetriebene Schließvorgänge so durchgeführt, daß der Bedienende durch Beobachtung des Drucks und des Massenstromes die Schließgeschwindigkeit entsprechend vermindert oder den Schließvorgang unterbricht, sofern der Druck unzulässig hohe Werte annimmt. Bei bekannten und gleichbleibenden Systemparametern ist es durch Auslegung einer entsprechend geringen Schließgeschwindigkeit bzw. durch den Einsatz einer Antriebsteuerung mit intermittierendem Verhalten möglich, den Druckanstieg beim Schließvorgang in bestimmten Grenzen zu halten.

Wenn jedoch durch eine ungünstige Schließcharakteristik von Absperrorganen trot2 dieser Maßnahmen noch zu große Druckanstiege auftreten, so kann das Medium über eine zur Armatur parallelgeschaltete Bypaßleitung mit Bypaßarmatur geringeren Querschnitts geleitet werden.

Beim Schließvorgang wird hierbei durch eine Sequenzschaltung gesichert, daß die Bypaßarmatur unmittelbar nach der Hauptarmatur schließt und damit insgesamt ein Schließvorgang mit längerer Dauer und geringerer Druckerhöhung erhalten wird.

In ähnlicher Weise arbeitet die in DE — OS 2.346.754 beschriebene „Einrichtung zur Reduzierung von Druckstößen in einer Rohrleitung" in der nach dem schlagartigen Umschalten eines Dreiwegeventils das strömende Medium durch eine Bypaßarmatur geringeren Querschnitts geleitet wird und diese Bypaßarmatur danach kontinuierlich schließt.

Demgegenüber beschreibt man gemäß DE — OS 2.629.205 ein in der gefährdeten Rohrleitung angeordnetes Strahlventil, welches bei zu hohem Druck bzw. Druckgradienten einen Teil des Mediums in einen Ausgleichbehälter ausspeist.

Die „Vorrichtung zur Sicherung von Rohrleitungen gegen unzulässig hohe Innendruckbelastung" gemäß DE — OS 2.238.224 erreicht gleichfalls durch Öffnen der gefährdeten Leitung den Abbau des zu hohen Innendruckes.

Weitere Erfindungen beschreiben Vorrichtungen und Verfahren zum Abbau von in Rohrleitungen auftretenden Druckspitzen durch Öffnen von Sicherheitsventilen (DE-OS 2.720.104; DE-OS 2.818.391; DE — AS 2.124.620). Die beschriebenen Lösungen verhindern das Auftreten unzulässig hoher Innendrücke entweder durch künstliche Verlängerung der Schließzejt der Absperrarmatur bzw. durch Parallelschaltung einer zeitlich nach der Hauptarmatur schließenden Bypaßarmatur oder durch den Abbau vorhandener Druckerhöhungen mittels Öffnen von Sicherheitsventilen. Während die ersteren der genannten Maßnahmen zu langen, meist nicht vertretbaren,*Schließzeiten führen und diese vor allem in Havariesituationen unerwünscht sind, verursachen letztere die beim Ausspeisen von Medium aus Druckrohrleitungen bekannten Probleme. Um diesen Problemen abzuhelfen, ist gemäß DD — WP 202.041 eine Regelschaltung vorgeschlagen worden, durch die Schließzeiten nicht so lange wie möglich sondern nur so lange wie nötig bestimmt werden. Als nachteilig ist insbesondere anzusehen, daß der regelungstechnische Aufwand groß ist und damit Störungsfälle nicht ausschließbar sind.

Eine weitere Lösung wird gemäß DD — WP 211.615 vorgeschlagen. Danach soll die Verzögerung des Absperrorganes bzw. die Abspeisung von Heizwasser bei vollzogener Absperrung der Leitung nur so lange gestattet werden, wie der momentane oder zu erwartende Druck im betreffenden Rohrleitungsabschnitt dies tatsächlich erfordert. Der spezielle Aufwand an Schaltungstechnik besteht aus zwei Druckreglern, einem Abströmbehälter und einer Bypaßleitung, in der diese Anlagen eingebunden sind.

Darüber hinaus sind auch Lösungsvarianten bekannt, bei denen spezielle Konstruktionen der Absperrarmaturen an sich (DE — OS 3.226.693) oder der druckstoßgefährdeten Leitungsabschnitte (US — PS 4.186.775; DE — OS 1.962.134) durch Einsatz elastischer Materialkombinationen vorgeschlagen werden.

Die Methoden haben jedoch den Nachteil der Kompliziertheit und Spezifizierung auf bestimmte System- oder Druckverhältnisse.

Die Aussagen in ausgewerteter Fachliteratur

(1. Schriftenreihe der Bauforschung, Heft 24/1972) 2. Hackeschmidt: „Grundlagen der Strömungstechnik", Verlag für die Grundstoffindustrie, 1969, Leipzig)

sind mit

— ... wird Kavitation verhindert, wenn es gelingt, bei gegebenen äußeren Druck die festen Wände des Strömungssystems geometrisch so zu gestalten, daß der statische Druck im Medium nicht unter den Sättigungsdampfdruck sinkt...

— Erhöhung des Auflastdruckes im nachgeschalteten System

— Kavitationskeimminderung durch Wasseraufbereitung

sind grundsätzlich globaler Natur und im Detail z. B. „Erhöhung des Auflastdruckes" nicht realisierbar, da für, insbesondere nachgeschaltete Netze, bei Systemen mit direkter Einspeisung eine Überschreitung der zulässigen Druckgrenze eintreten würde.

Ziel der Erfindung

Ausgehend vom bekannten Stand der Technik soll durch die Erfindung ein Verfahren nebst Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Druckstoßverhinderung angegeben, daß die Mängel des Standes der Technik beseitigt und darüber hinaus einfach zu realisieren und bei relativ geringem technischen Aufwand eine sichere Betriebsführung von Femwärmenetzen auch bei notwendigen, schnellen Schaltvorgängen ermöglicht.

Darstellung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Begrenzung von Druckstößen in Rohrleitungssystemen und eine zur Durchführung des Verfahrens nötige Einrichtung zu entwickeln, mit dem durch eine spezielle Beeinflussung des gedrosselten oder abgesperrten Medienstromes eine sichere Betriebsführung des medienführenden Systems bei Drosselungs- und Absperrvorgängen, insbesondere bei schnellschließenden Armaturen erreicht wird.

Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, das Verfahren so zu gestalten, daß das Verlängern der Schließzeit der schnellschließenden Armatur überflüssig ist, keine Druckmessungen notwendig sind, auf den Einsatz von Druckreglern verzichtet werden kann und das Verfahren nahezu verzögerungsfrei eine Netzgefährdung durch Druckstoßentwicklung unterbindet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Medienstrom (Hauptleitung) in unmittelbarer Nähe in Strömungsrichtung hinter der schnellschließenden Armatur Heizwasser beigemischt wird. Die Temperatur dieses Wassers ist geringer als die des Medienstromes, der abgesperrt werden soll. Die Zuspeisung erfolgt aus einem im Rohrleitungssystem angeordneten Behältern über eine Nebenleitung (Hilfsbeimischung), in der seriell ein Magnetventil und eine zweite schnellschließende Armatur eingebunden sind. Wesentlich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß die in der Nebenleitung angeordnete zweite schnellschließende Armatur in Bezug auf die entsprechende Armatur der Hauptleitung gleichsinnig und synchron arbeitet. Das Magnetventil in der Nebenleitung ist bei stationären Betriebszuständen des Rohrleitungssystem geschlossen und besitzt eine Öffnungszeit, die wesentlich geringer ist als die Schließzeiten der schnellschließenden Armaturen in Haupt- und Nebenleitung.

Der Ventilkennwert (k_Vs-Wert) der schnellschließenden Armatur in der Hauptleitung ist erfindungsgemäß grundsätzlich größer als der der Armatur in der Nebenleitung. Das Verhältnis der k_Vs-Werte liegt vorzugsweise im Bereich

MSR-seitig sind die vorgenannten Armaturen so zu koppeln, daß bei Auslösen des Schließvorganges der Armatur in der Hauptleitung (z.B. bei erforderlicher Netztrennung) die Armatur in der Nebenleitung synchron schließt und das Magnetventil in dieser Leitung öffnet.

Erfindungsgemäß ist weiterhin der Einbindungspunkt der Nebenleitung in die Hauptleitung direkt in Strömungsrichtung hinter der schnellschließenden Armatur in der Hauptleitung als Mischkammer ausgebildet, deren Durchmesser größer ist als der der Hauptleitung. Die Nebenleitung ist vor der Mischkammer in zwei Stränge aufgeteilt, die in die zylindrische Mischkammer tangential und gegenströmig einmünden, um in der Mischkammer eine Drallströmung zu erzeugen. Damit ist es erfindungsgemäß möglich, eine gute Vermischung der Stoffströme von Haupt- und Nebenleitung in einem solchen Mengenverhältnis zu erreichen, daß sich eine Mischtemperatur einstellt, die die Unterschreitung des Sättigungsdruckes hinter der schnellschließenden Armatur in der Hauptleitung mit Sicherheit verhindert und dadurch die Gefahr einer Druckstoßausbildung weitestgehend ausschaltet.

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäße Lösung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Figuren 1 bis 3 dargestellt.

Fig. 1 zeigt die Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verhinderung von Druckstößen wird aus einem Behälter 4 Wasser mit einer Temperatur t₂< 70⁰C über zwei Armaturen 2,6 in die Mischkammer 3 geleitet. Dort wird der Wärmeträger m, der Hauptleitung von einer Temperatur 150° <t, £ 18O⁰C auf eine Temperatur 11O⁰C <tm£ 15O⁰C

heruntergemischt.

Die dazu notwendige Beimischmenge wird durch die Eigenschaft der schnellschließenden Armatur 2 in der Nebenleitung im Bezug zur schnellschließenden Armatur 1 in der Hauptleitung, speziell durch das Verhältnis der k_Vs-Werte

0,4 £

garantiert.

Als Nebenbedingung gilt für den Druck ргіт Behälter 4 im Verhältnis zum Druck p, in der Hauptleitung:

0,5p,<p₂<2pi

Dies ist notwendig, damit aus dem Behälter 4 eine bestimmte Menge über die Nebenleitung 7 in die Mischkammer 3 eingespeist werden kann.

Die Armaturen 1 und 2 schließen gleichsinnig, während das Ventil 6 dabei schneller öffnet, als die vorgenannten Armaturen

schließen.

Die Mischkammer 3 ist in Fig.2 als Seitenansicht bzw. durch Fig.3 als Querschnitt dargestellt.

Erfindungswesentlich ist, daß die Mischkammer 3 zwei Beimisch-Anschlußstutzen besitzt, die tangential einmündend, radial versetzt angeordnet sind. Die Anschlußstutzen befinden sich auf der Einströmseite der Mischkammer, d. h. auf der Seite, die der schnellschließenden Armatur 2 zugewandt ist. Die vorgenannte Konstruktion bewirkt, daß in der Mischkammer 3 eine

Drallströmung entsteht, die eine gute Vermischung unter Sicherung der angegebenen Druck- und Temperaturwerte gara ntiert.

Die günstigsten Abmessungen der Mischkammer betragen:

* ^d? ^d9

1,2 £-£- ** 1,4; 2,5 ^ Л £ 6,5 1 ^a3

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Verfahren zur Begrenzung von Druckstößen bei Drossel- oder Absperrvorgängen in Rohrleitungssystemen, insbesondere Heizwassernetzen, in denen schnellschließende Armaturen zum Einsatz gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Medienstrom einer Hauptleitung des Rohrleitungssystems in einer in Strömungsrichtung direkt hinter der schnellschließenden Armatur (Absperreinrichtung) angeordneten Mischkammer, bezogen auf die Temperatur des Medienstroms der Hauptleitung, niedrigertemperiertes Heizwasser aus einem Behälterübereine Nebenleitung, in def ein Ventil, vorzugsweise Magnetventil, und eine zweite schnellschließende Armatur seriell angeordnet sind, mit der Bedingung zugeführt wird, daß die schnellschließenden Armaturen in Haupt- und Nebenleitung synchron schließen, das Verhältnis ihrer K_vs-Werte im Bereich