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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Versorgung von Verbrauchern
mit Gas. Diese besteht aus wenigstens zwei separaten Gasbehältern, insbesondere
zur Versorgung mit inerten, brennbaren, brandfördernden, giftigen und/oder ätzenden
Gasen, vorzugsweise zur Versorgung mit Acetylen, wobei jeder Gasbehälter eine
in eine gemeinsame Versorgungsleitung mündende Entnahmeleitung aufweist.
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Unter
dem Begriff „Gasbehälter" seien nachfolgend
alle bekannten Möglichkeiten
der Speicherung von unter Druck stehenden oder verflüssigten Gasen,
insbesondere einzelne Druckgasflaschen, so genannte Flaschenbatterien,
so genannte Bündelbatterien
und – insbesondere
für verflüssigte Gase – so genannte
mobile Behälter
und stationäre
Tanks zu verstehen.
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Die
Bereitstellung von Acetylen erfolgt üblicherweise mittels Flaschenbatterie-
oder Bündelbatterie-Anlagen.
Eine Flaschenbatterieanlage besteht beispielsweise aus zwei mal
sechs Druckgasflaschen, die an Entnahme- bzw. Hochdrucksammelleitungen
angeschlossen sind. Üblicherweise
sind zwei Entnahmeleitungen vorgesehen, an die jeweils sechs Druckgasflaschen
angeschlossen sind. Die beiden Entnahmeleitungen münden in
eine gemeinsame Abgabeleitung. Vor bzw. an der Verbindungsstelle
ist eine Umschaltvorrichtung vorzusehen – diese ist im Regelfall als
zwei Absperrvorrichtungen bzw. -armaturen oder als Drei- oder Vierwegeventil
ausbildet –, die
der Umschaltung von einer Entnahmeleitung auf die andere Entnahmeleitung
dient. Sind also beispielsweise die sechs Druckgasflaschen, die
an die erste Entnahmeleitung angeschlossen sind, soweit entleert,
dass eine weitere Entnahme des Acetylens nicht mehr möglich oder
sinnvoll ist, wird mittels der Umschaltvorrichtung auf die zweite
Entnahmeleitung und damit auf die zweite Gruppe von sechs Druckgasflaschen
umgeschaltet. Als bestimmender Umschaltparameter kann der Rest-
bzw. Vordruck der entleerten Entnahmeseite oder der gewünschte Versorgungsdruck
herangezogen werden.
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Ebenso
verhält
es sich bei den so genannten Bündelbatterie-Anlagen,
bei denen im Regelfall ein oder mehrere Druckgasflaschenbündel über je eine Entnahmeleitung
an eine Versorgungsleitung angeschlossen sind. Für andere Gasbehälter gilt
im Wesentlichen Gleiches.
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Der
Umschaltvorgang von einem Gasbehälter
auf einen anderen Gasbehälter
kann manuell erfolgen. Dazu ist der in der in Betrieb befindlichen
Entnahmeleitung oder Versorgungsleitung herrschende Druck regelmäßig vom
Bedienpersonal zu kontrollieren. Bei Unterschreitung eines Mindestdruckes
wird dann diese Entnahmeleitung gesperrt und auf die andere Entnahmeleitung
umgeschaltet.
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Anstelle
einer manuellen Kontrolle des Druckes kann eine so genannte Druck-Fernüberwachung
vorgesehen werden. Dabei wird der in der Entnahmeleitung herrschende
Druck in regelmäßigen Abständen gemessen
und bei Unterschreitung eines Mindestdruckes ein optisches und/oder
akustisches Signal generiert, das das Bedienpersonal auffordert, die
erforderliche Umschaltung vorzunehmen.
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Ein
entscheidender Nachteil der Anlagen aus dem Stand der Technik besteht
darin, dass es zu schweren Unfällen
führen
kann, wenn Fehler beim Umschaltvorgang gemacht werden. Wird beispielsweise
vergessen, vor einem Öffnen
der mit einem vollen Gasbehälter
verbundenen Entnahmeleitung, die Entnahmeleitung, welche mit dem
entleerten Gasbehälter
verbunden ist, zu schließen,
strömt
das Gas schlagartig vom vollen Gasbehälter in den leeren Gasbehälter, wobei
hochdruckseitig Drücke über 300
bar anliegen können.
Handelt es sich bei dem Gas beispielsweise um Acetylen, ist die
Gefahr sehr groß,
dass es zu einer Zerfallsreaktion des Acetylens und durch die dabei
auftretenden hohen Drücke
zur Beschädigung
der Gasversorgungsanlage kommt.
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DE 19 60 448 A beschreibt
eine Einrichtung zum automatischen Zuschalten einer Reserve-Gasflasche
zu einer Hauptgasflasche zur ununterbrochenen Gasentnahme unter
Verwendung von auf verschiedene Entnahmedrücke eingestellte Druckregler.
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DE 10 2004 037 851
A1 beschreibt ein Behältersystem
mit mehreren Behältern,
welche unter anderem Wasserstoffgas enthalten. Die Behälter weisen
angetriebene Nadelventile als Durchflusssteuerungen auf, die an
den Öffnungen
der entsprechenden Wasserstoffbehälter angeordnet sind.
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DE 17 45 227 U beschreibt
eine Anschlussvorrichtung zum Anschließen von Flüssiggasflaschen an eine gemeinsame
Sammelleitung, wobei in ein Anschlussstück ein Rückschlagventil eingebaut ist,
das vom Anschlussdruck der Flasche gegen die Wirkung einer Ventilschließfeder geöffnet wird.
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Auch
in
GB 619 787 A wird
ein System von Gasflaschen beschrieben, die in eine gemeinsame Versorgungsleitung
münden
und Rückschlagventile aufweisen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur Gasversorgung
zur Verfügung
zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen dazu sind in den Unteransprüchen genannt.
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Durch
die in jeder Entnahmeleitung der erfindungsgemäßen Anlage angeordneten Gasrücktrittsicherungen
wird erreicht, dass beispielsweise im Falle einer Fehlstellung von
Absperrarmaturen (z. B. Öffnung
aller Absperrarmaturen) ein Gasübertritt
von einem Gasbehälter
höheren
Drucks in einen anderen Gasbehälter
niedrigeren Drucks verhindert wird, indem die Gasrücktrittsicherung
in der Entnahmeleitung, die mit dem Gasbehälter niedrigeren Drucks verbunden
ist, schließt.
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Es
ist denkbar, dass in den Entnahmeleitungen neben den Gasrücktrittsicherungen
keine weiteren Absperrvorrichtungen und/oder Druckmessumformer angeordnet
sind. Es ist jedoch bevorzugt, dass in mindestens einer, vorzugsweise
allen Entnahmeleitungen eine Absperrvorrichtung und/oder ein Druckmessumformer
angeordnet sind bzw. ist. Durch eine Anordnung von Absperrvorrichtungen
in den Entnahmeleitungen wird eine ständig hohe Belastung der Gasrücktrittsicherungen,
verbunden mit einem hohen Verschleiß dieser Sicherungen, verhindert.
Unter dem Begriff „Druckmessumformer" sind nachfolgend
insbesondere elektrische bzw. elektronische Druckaufnehmer, Druckschalter
oder Kontaktmanometer zu verstehen.
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Mit
Vorteil sind die genannten Druckmessumformer und Absperrarmaturen
derart miteinander verschaltet, dass bei Unterschreiten eines voreingestellten
und/oder voreinstellbaren Druckes in einer der Entnahmeleitungen
ein Umschalten auf die andere oder eine der anderen Entnahmeleitungen
erfolgt. Die Ansteuerung der Absperrvorrichtungen bzw. der Absperrarmaturen
kann pneumatisch, hydraulisch und/oder elektromotorisch erfolgen,
wobei eine pneumatische Ansteuerung bevorzugt ist.
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Mit
Vorteil sind die Absperrvorrichtungen bzw. Absperrarmaturen mit
einer Not-Aus-Schaltung verbunden
oder verbindbar.
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Mit
Vorteil sind die mittels des oder der Druckmessumformer aufgenommenen
Druckwerte für
den Gasverbraucher und/oder Gaslieferanten anzeigbar und/oder auswertbar,
beispielsweise für
die Kontrolle des Anlagenzustands, die Distribution und/oder die
Fakturierung.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anlage
ist die Gasrücktrittsicherung
ein Gasrücktrittventil,
vorzugsweise in Sitzbauweise mit einem Ventilgehäuse, welches einen Strömungsweg
mit einer Anströmseite
und einer Abströmseite
enthält,
und mit einem in einem Kolbenraum bewegbaren, mit Druck beaufschlagbaren Schließelement,
welches mit einem Ventilsitz zusammenwirkt und das Schließen des
Strömungsweges ermöglicht.
Durch die Sitzbauweise wird eine hermetische Abdichtung in der Sperrstellung
sichergestellt. Das Schließelement
des Ventils bewegt sich innerhalb eines Kolbenraumes, der bevorzugt
zentral im Ventilgehäuse
angeordnet ist. Bei geöffneter
Ventilstellung kommuniziert der Kolbenraum mit dem Strömungsweg
des durchströmenden
Gases über
eine Drosseleinrichtung.
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Das
Schließelement
des erfindungsgemäßen Rücktrittventils
wird mit einem Druck beaufschlagt, der das Schließelement
auf den Ventilsitz drückt
und den Strömungsweg
gasdicht unterbricht. Steht auf der Anströmseite ein Gasdruck an, der
den Druck, mit dem das Schließelement
an den Ventilsitz gepresst wird, übersteigt, so bewegt sich das
Schließelement
im Kolbenraum und gibt den Strö mungsweg
frei. Der Druck auf das Schließelement
in Richtung des Ventilsitzes wird vorzugsweise durch eine Feder
ausgeübt.
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Für ein schwingungsfreies
Verhalten des Schließelementes
ist es von Vorteil, wenn die Anströmfläche des Schließelementes,
d. h. die Fläche des
Schließelementes,
die bei geöffnetem
Ventil vom Gas angeströmt
bzw. umströmt
wird, geeignet gewählt
wird. Bei den bekannten Rücktrittventilen
ist die Anströmfläche des
Schließelementes
im Wesentlichen halbkugelförmig
ausgebildet. Die Halbkugelform hat zwar günstige Dichteigenschaften,
ist aber im Hinblick auf die Umströmung nicht ideal. Vorzugsweise
ist der der Anströmseite
des Strömungsweges zugewandte
Teil des Schließelementes
als Kegel, Kegelstumpf, Kegelsegment, Kugelscheibe oder eine Kombination
aus denselben ausgebildet.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anlage
sind die Gasrücktrittsicherungen
derart ausgebildet, dass sie ab einem anströmseitigen Gasdruck von ca.
0,3 bar öffnen
und so einen Gasdurchfluss ermöglichen.
Mit Vorteil sind die Gasrücktrittsicherungen
derart ausgebildet, dass bei einer Druckdifferenz in den einzelnen
Gasbehältern von
bereits ca. 0,1 bar nur diejenige Gasrücktrittsicherung einen Gasdurchtritt
erlaubt, die in der Entnahmeleitung des Gasbehälters mit dem höchsten Druck
angeordnet ist. Auf diese Weise kann sich das gesamte System selber
regeln, wenn beispielsweise zwei Gasbehälter mit nur geringem Druckunterschied angeschlossen
sind und alle Absperrarmaturen geöffnet sind.
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Die
Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung von
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen verdeutlicht. Hierbei
können
die Merkmale der Ansprüche
jeweils für
sich allein oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
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In
den Figuren zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage;
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2:
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anlage;
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3:
das Gasrücktrittventil
aus den 1 bis 3 im Schnitt;
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4:
eine Seitenansicht eines Abschnittes einer erfindungsgemäßen Anlage
(teilweise geschnitten).
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1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anlage
zur Versorgung von Verbrauchern mit Gas. Die Anlage weist zwei separate
Gasbehälter 1 und 1' auf. Die Gasbehälter 1 und 1' sind über jeweils
eine Entnahmeleitung 2 bzw. 2' mit einer Versorgungsleitung 3 verbunden.
In dieser Versorgungsleitung 3 ist eine Absperrarmatur-Vorrichtung 4,
der ein Hauptstellendruckregler 5 vorgeschaltet ist, vorgesehen.
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Prinzipiell
können
neben den beiden Gastbehältern 1 und 1' eine Vielzahl
weiterer Gasbehälter über entsprechend
Entnahmeleitungen angebunden werden.
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Erfindungsgemäß ist nun
in beiden Entnahmeleitungen 2 und 2' eine Gasrücktrittsicherung ein Gasrücktrittventil 7 bzw. 7' angeordnet.
Ferner ist in den Entnahmeleitungen 2 bzw. 2' jeweils eine
Absperrarmatur 8 bzw. 8' (z. B. Magnetventil) angeordnet.
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In
der Regel wird zunächst
einer der beiden Gasbehälter 1 bzw. 1' entleert. Erst
wenn einer der Gasbehälter 1 oder 1' entleert ist,
wird in der Regel der andere Gasbehälter 1' oder 1 entleert. Prinzipiell kann
wie folgt vorgegangen werden:
Zunächst wird der Gasbehälter 1 entleert,
indem die Absperrarmatur 8 geöffnet und Gas entnommen wird. Das
Gasrücktrittventil 7 in
der Entnahmeleitung 2 ist derart ausgebildet, dass es ab
einem anströmseitigen
Gasdruck von ca. 0,3 bar öffnet
und so einen Gasdurchfluss ermöglicht.
Während
der Öffnungsphase
der Absperrarmatur 8 ist die Absperrarmatur 8' in der Entnahmeleitung 2' gesperrt, so
dass ein Gasdurchtritt vom Gasbehälter 1' durch die Absperrarmatur 8' nicht möglich ist.
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Ist
nun der Gasbehälter 1 entleert,
so wird der Gasbehälter 1' zum Einsatz
gebracht, indem die Absperrarmatur 8' geöffnet wird. Allerdings muss
vor einem Öffnen
der Absperrarmatur 8' die
Absperrarmatur 8 geschlossen werden. Wird dies vergessen und
sind beide Absperrarmaturen 8, 8' geöffnet, so kommt es bei den
Anlagen aus dem Stand der Technik, welche nicht mit Gastrücktrittsventilen
ausgestattet sind, zu einem schlagartigen Überströmen des Gases vom vollen in
den leeren Gasbehälter.
Im Falle von Acetylen kann es hierdurch zu einer Zerfallsreaktion
kommen. Die damit verbundenen hohen Drücke können zu Schäden an der Gasversorgungsanlage führen.
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Kommt
es allerdings bei der erfindungsgemäßen Anlage zu einer Fehlstellung
der Absperrarmaturen 8, 8', so dass beide Absperrarmaturen 8 und 8' geöffnet sind,
so schließt
das Gasrücktrittventil 7, welches
dem entleerten Gasbehälter 1 zugeordnet ist.
Dadurch wird ein Einströmen
von Gas aus dem Gasbehälter 1' in den Gasbehälter 1 verhindert.
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Die
Gasrücktrittventile 7 bzw. 7' reagieren jedoch
nicht nur auf die oben genannten extremen Druckunterschiede zwischen
den beiden Gasbehältern 1 und 1'. Selbst bei
einer Druckdifferenz von 0,1 bar zwischen den Gasbehältern 1, 1' schließt das Gasrücktrittventil,
welches dem Gasbehälter
mit dem um 0,1 bar geringeren Druck zugeordnet ist. Dadurch kann
sich die gesamte Anlage bei Öffnung
aller Absperrarmaturen selbst regeln.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anlage.
Die sich in den Figuren entsprechenden Elemente sind durch die gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Bei
der in der vorliegenden Figur dargestellten Ausführungsform ist in beiden Entnahmeleitungen 2 und 2' ein Druckmessumformer 9 bzw. 9' angeordnet.
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Die
in den Entnahmeleitungen 2 und 2' vorgesehenen Druckmessumformer 9 und 9' und/oder der
in der Versorgungsleitung 3 vorgesehene Druckmessumformer 9'' sind derart miteinander verschaltet,
dass bei Unterschreiten eines voreingestellten und/oder einstellbaren
Druckes bei den Druckmessumformern 9 und 9' oder 9'' in einer der Entnahmeleitungen 2 oder 2' ein Umschalten
auf die jeweils andere Entnahmeleitung 2' bzw. 2 erfolgt.
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Wird
also beispielsweise zunächst
aus dem Gasbehälter 1 über die
Entnahmeleitung 2 und dem Hauptstellendruckregler 5 der
Versorgungsleitung 3 Gas zugeführt, so wird mittels des oder
der Druckmessumformer 9 und/oder 9'' bei
Unterschreiten eines Mindestdruckwertes mittels der Absperrarmatur 8 die
Entnahmeleitung 2 geschlossen und anschließend mittels
der Absperrarmatur 8' ein Öffnen der Entnahmeleitung 2' realisiert,
so dass Gas aus dem Gasbehälter 1' über die
ihm zugeordnete Entnahmeleitung 2' der Versorgungsleitung 3 Gas
zugeführt wird.
Das Auslösen
des Öffnens
und Schließens
der Absperrarmaturen 8 und 8' erfolgt über die Auswerte- und Steuereinheit 10,
die die Druckmessumformer 9, 9' und/oder 9'' mit
den in den Entnahmeleitungen 2 und 2' vorgesehenen
Absperrarmaturen 8 und 8' verschaltet bzw. verbindet; der
hierzu erforderliche Datenaustausch erfolgt über die gestrichelt dargestellten
Datenleitungen 11, 11', 12, 12' und/oder 13.
Der Datenaustausch zwischen den Druckmessumformern 9, 9' und/oder 9'', den Absperrarmaturen 8 und 8' sowie der Auswerte-
und Steuereinheit 10 kann auch drahtlos erfolgen.
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Bei
der hier dargestellten Variante einer erfindungsgemäßen Anlage
ist eine so genannte Datenfernübertragung
realisiert – dargestellt
durch die über
die Datenleitung 14 mit der Auswerte- und Steuereinheit 10 verbundenen
Empfangs-/Sendeeinheit 15 –, indem
diese Empfangs-/Sendeeinheit 15 drahtlos und/oder per Verkabelung
mit der für
die Anlage zuständigen
Leitwarte und/oder dem für
die Anlage zuständigen
Gasversorgungszentrum kommuniziert – dargestellt durch die Datenleitungen 16 und 17.
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Des
Weiteren sind die Absperrvorrichtungen bzw. Absperrarmaturen 4, 8 und/oder 8' mit einer Not-Aus-Schaltung 18 verbunden.
Ferner kann mit der erfindungsgemäßen Anlage eine einstellbare,
gegebenenfalls zeitabhängige
Rückschaltung
zum Zwecke der vollständigen
Entleerung eines Gasbehälters
realisiert werden. Damit kann eine optimierte Entleerung eines Gasbehälters erreicht
werden.
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Es
ist jedoch auch bei dieser Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anlage
denkbar, dass durch eine Fehlsteuerung beide Absperrarmaturen 8 und 8 gleichzeitig
geöffnet
sind. Für
diesen Fall sind auch bei dieser Ausführungsform die beiden Gasrücktrittventile 7 und 7' in den Entnahmeleitungen 2 und 2' vogesehen.
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Zur
Funktionsweise der Gasrücktrittventile 7 und 7' wird auf die
Beschreibung zu 1 verwiesen.
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3 zeigt
das Gasrücktrittventil 7 aus
den 1 und 2. Das Gasrücktrittventil besteht aus einem
zylindrischen Ventilkörper 19 mit
einer Anströmseite 20 und
einer Abströmseite 21.
Auf der Anströmseite 20 ist
an dem Ventilkörper 19 ein
Ventilsitz 22 befestigt, der ringförmig ausgebildet ist und eine zentrale
Anströmöffnung 23 aufweist.
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Der
Ventilsitz 22 wirkt mit einem Schließelement 24 zusammen,
welches entlang der Längsachse
des Ventilkörpers 19 bewegbar
ist. Das Schließelement 24 besitzt
eine pilzartige Form mit einem zylindrischen Schaft 25 und
einem im Wesentlichen halbkugelförmigen
Kopf 26. Der Schaft 25 ist als Hohlzylinder ausgeführt. Im
Inneren des Schaftes 25 befindet sich eine Feder 27,
die das Schließelement 24 achsial
in Richtung des Ventilsitzes 22 mit einer Kraft beaufschlagt.
Der Schaft 25 des Schließelementes 24 besitzt
an seiner Außenseite
eine Nut, in die ein O-Ring 28 eingelegt ist, der den Kolbeninnenraum
in Richtung der Anströmseite 20 abdichtet.
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Zur
Erhöhung
der Dichtheit des Ventils ist in den Kopf 26 des Schließelements 24 eine
umlaufende Nut eingearbeitet, in der sich ein O-Ring 29 befindet.
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Durch
den Druck der Feder 27 wird das Schließelement 24 an den
Ventilsitz 22 gedrückt
und der Strömungsweg
unterbrochen, sofern der an der Anströmöffnung 23 anstehende
Gasdruck geringer als der durch die Feder 27 ausgeübte Druck
ist. Übersteigt
der an der Anströmfläche auf
den Kopf 26 des Schließelements 24 einwirkende
Druck den Federdruck, so öffnet
das Ventil. Das Ventil erlaubt den Gasdurchfluss nur in eine Richtung,
und zwar von der Anströmseite 20 in
Richtung der Abströmseite 21, und
nur bei Überschreitung
eines bestimmten Mindestdruckes von ca. 0,3 bar, der durch die Federkraft festgelegt
ist. Der Eintritt von Fremdgas in die mit der Anströmseite 20 verbundene
Leitung ist somit ausgeschlossen. Das Gasrücktrittventil weist ferner
einen Einpressdorn 30 auf.
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4 zeigt
eine Seitenansicht eines Abschnittes einer erfindungsgemäßen Anlage
(teilweise geschnitten), mit zwei Entnahmeleitungen 2 und 2' sowie einer
Versorgungsleitung 3. In die Entnahmeleitungen 2 bzw. 2' sind die Gasrücktrittventile 7 bzw. 7' angeordnet.
Zur detaillierten Beschreibung der Gasrücktrittventile 7 bzw. 7' wird auf die
obigen Ausführungen
unter 3 verwiesen. Die Gasrücktrittventile 7 und 7' sind in den
Entnahmeleitungen 2 bzw. 2' derart angeordnet, dass ihre Anströmseiten
voneinander abgewandt sind und in Richtung der Gasbehälter (die
hier nicht dargestellt sind) der jeweiligen Entnahmeleitung 2 bzw. 2' weisen.