DE102022109445A1 - Verfahren zur Druckprüfung eines Druckbehälters - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Druckprüfung eines Druckbehälters (1) beschrieben, wobei der Druckbehälter (1) mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt wird. Um die für die Druckprüfung erforderliche Energie zu verringern, wird vorgeschlagen, dass in den Druckbehälter (1) vor der Druckbeaufschlagung ein druckfestes Füllgut eingebracht wird.

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Druckprüfung eines Druckbehälters, wobei der Druckbehälter mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt wird.
• Für hohe Innendrücke ausgelegte Druckbehälter für Flüssigkeiten oder Gase werden verschiedenen Druckprüfungen unterworfen, bei denen der Druckbehälter mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt wird. Zur statischen Druckprüfung wird der Beaufschlagungsdruck, üblicherweise mehrere 100 bar, von einem Anfangsdruck auf den Prüfdruck gesteigert, der dann für eine vorgegebene Dauer gehalten wird. Zum Unterschied dazu wird bei einer dynamischen Druckprüfung dieser Lastwechsel sehr oft wiederholt, was mit einem hohen Energieeinsatz verbunden ist, selbst wenn die durch einen elektrischen Motor angetriebene Pumpe für das hydraulische Druckmittel beim Entlasten des Druckbehälters als Hydraulikmotor genützt wird, um den elektrischen Motor zur Energierückgewinnung als Generator betreiben zu können.
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Druckprüfung für Druckbehälter so durchzuführen, dass der hierfür benötigte Energieeinsatz vergleichsweise niedrig gehalten werden kann.
• Ausgehend von einem Verfahren zur Druckprüfung der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass in den Druckbehälter vor der Druckbeaufschlagung ein druckfestes Füllgut eingebracht wird.
• Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die für die Druckprüfung aufzuwendende Energie nicht nur von der Größe des Prüfdrucks, sondern auch vom Füllvolumen des zu prüfenden Druckbehälters abhängt, weil die eingesetzten Hydraulikmittel in einem nicht vernachlässigbaren Ausmaß kompressibel sind, sodass das vom Behältervolumen abhängige Kompressionsvolumen zu berücksichtigen ist, das mit zunehmendem Behältervolumen steigt. Bei Hydrauliköl liegt der Wert der Kompressibilität bei ca. 0,7 Vol.% je 100 bar Drucksteigerung.
• Mit einer Verringerung des für die Druckprüfung maßgebenden Behältervolumens und damit des Kompressionsvolumens des Hydraulikmittels kann somit der für die Druckprüfung erforderliche Energieeinsatz verringert werden. Dies gelingt in einfacher Weise durch ein Einbringen eines druckfesten Füllguts in den Druckbehälter, sodass lediglich das um das Volumen des Füllguts verringerte Behältervolumen mit dem hydraulischen Druckmittel zu beaufschlagen ist.
• Obwohl mit dem Einbringen eines oder weniger Füllkörper eine entsprechende Wirkung erreicht wird, können die Handhabungsbedingungen erheblich erleichtert werden, wenn als druckfestes Füllgut ein Schüttgut aus druckfesten Festkörpern in den Druckbehälter eingebracht wird. Der Einsatz eines druckfesten Schüttguts erlaubt ja eine weitgehend vollständige Füllung des Druckbehälters unabhängig von dessen Form und Größe und auch weitgehend unabhängig von der Größe der Füllöffnung.
• Für den Fall, dass sich der zu prüfende Druckbehälter unter dem Prüfdruck elastisch verformt, soll das Schüttgut die Formänderung mitmachen, ohne zusätzliche Kräfte auf die Behälterwand auszuüben. Dies kann mithilfe eines frei fließenden Schüttguts sichergestellt werden, wobei die Schmiereigenschaften des hydraulischen Druckmittels das Fließverhalten des Schüttguts unterstützen.
• Vorteilhafte Bedingungen ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn die Festkörper des Schüttguts eine kugelförmige Gestalt aufweisen, die nicht nur das Fließverhalten fördert, sondern auch eine gute Packungsdichte sicherstellt, die bei Kugeln gleicher Größe etwa 70 % beträgt. Diese Packungsdichte kann allerdings im Bereich der Behälterwand nicht erreicht werden, sodass hinsichtlich der Packungsdichte im Wandbereich kleine Kugeldurchmesser von Vorteil sind.
• Aufgrund der Kompressibilität des eingesetzten Hydraulikmittels ist ein Volumenstrom zwischen den Kugeln des Schüttguts erforderlich. Hinsichtlich der Viskosität des Hydraulikmittels sind allerdings größere Kugeldurchmesser vorteilhaft, um eine gleichmäßige Druckverteilung im Druckbehälter zu gewährleisten. Um diese widersprüchlichen Forderungen einerseits hinsichtlich der Packungsdichte und anderseits bezüglich der gleichmäßigen Druckverteilung zu berücksichtigen, empfiehlt sich ein Kugeldurchmesser größer 1 mm.
• Wie bereits ausgeführt wurde, kann das Kompressionsvolumen des hydraulischen Druckmittels durchaus einen merklichen Einfluss auf den Energiebedarf für die Druckprüfung von Druckbehältern haben. Diesem Umstand kann vorteilhaft durch eine entsprechende Wahl des hydraulischen Druckmittels Rechnung getragen werden. Wird Glycerin als hydraulisches Druckmittel eingesetzt, so kann aufgrund der vergleichsweise niedrigen Kompressibilität dieses Druckmittels die Energieeffizienz der Druckprüfung zusätzlich gesteigert werden.
• Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben, die eine Anlage zur Durchführung einer erfindungsgemäßen Druckprüfung eines Druckbehälters in einem schematischen Blockschaltbild zeigt.
• Der zu prüfende Druckbehälter 1, in den ein druckfestes Füllgutgut, insbesondere ein Schüttgut 2 aus Stahlkugeln mit einem Durchmesser von beispielsweise 4 mm, eingebracht wurde, wird mit einem hydraulischen Druckmittel, z. B. Glycerin, beaufschlagt, und zwar mithilfe eines Druckübersetzers 3, der von einer Pumpe 4 mit einem hydraulischen Druckmittel, beispielsweise einem Hydrauliköl, beaufschlagt wird. Dies hat den Vorteil, dass einerseits hohe Prüfdrücke zur Verfügung gestellt werden können und dass anderseits durch die physikalische Trennung der Pumpenhydraulik von der Prüfhydraulik unterschiedliche hydraulische Druckmittel zum Einsatz kommen können. Ein solcher Druckübersetzer 3 ist jedoch keinesfalls zwingend.
• Da im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Pumpe 4 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen zum Einsatz kommt, kann der elektrische Motor, eine über ein Filterschaltung 5 und ein Schaltschütz 6 von einem Stromnetz 7 gespeiste Asynchronmaschine 8, mit konstanter Drehzahl betrieben werden. Die Verstellung des Volumenstroms des hydraulischen Druckmittels und dessen Strömungsrichtung erfolgt durch eine entsprechende Ansteuerung der Pumpe 4. Wird nach dem Motorbetrieb der Asynchronmaschine 8 und damit nach einer Beaufschlagung des Druckbehälters 1 mit einem vorgegebenen Prüfdruck dieser Prüfdruck im Druckbehälter über die Pumpe 4 wieder abgebaut, so wird die Pumpe 4 als Hydraulikmotor genützt, der die Asynchronmaschine 8 antreibt, sodass die dann als Generator arbeitende Asynchronmaschine 8 elektrische Energie ins Stromnetz 7 liefern kann.
• Anstelle einer Pumpe 4 mit verstellbarem Verdrängungsvolumen könnte aber auch eine Pumpe eingesetzt werden, die von einem hinsichtlich seiner Drehzahl vorzugsweise mithilfe eines Umrichters steuerbaren Elektromotor angetrieben wird. Auch bei einer solchen Schaltung ist es möglich, die beim Entspannen des Druckbehälters 1 freiwerdende Energie zurückzugewinnen, indem der Elektromotor durch die im Sinne eines Hydraulikmotors wirksame Pumpe als Generator angetrieben wird und elektrische Energie ins Netz speist.
• Wenn für eine dynamische Druckprüfung eines Druckbehälters mit einem Prüfdruck von 875 bar und 15000 Beaufschlagungszyklen bei einer Energierückgewinnung im Vergleich zu einem Energieeinsatz ohne Energierückgewinnung Energie in einem Ausmaß bis 65 % eingespart werden kann, gelingt es mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zusätzlich Energie in einem Ausmaß bis zu 24 % einzusparen, sodass der Energiebedarf auf lediglich 11 % des Energieeinsatzes ohne Energierückgewinnung verringert werden kann.

Claims (6)

1. Verfahren zur Druckprüfung eines Druckbehälters (1), wobei der Druckbehälter (1) mit einem hydraulischen Druckmittel beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Druckbehälter (1) vor der Druckbeaufschlagung ein druckfestes Füllgut eingebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als druckfestes Füllgut ein Schüttgut (2) aus druckfesten Festkörpern in den Druckbehälter (1) eingebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) mit einem frei fließenden Schüttgut (2) gefüllt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Festkörper des Schüttguts (2) eine kugelförmige Gestalt aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die kugelförmigen Festkörper einen Mindestdurchmesser von 1 mm aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) mit Glycerin als hydraulisches Druckmittel beaufschlagt wird.

Images