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Anordnung zur Absicherung eines Systems hohen Druckes und hoher Temperatur
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Absicherung eines Systems hohen Druckes
und hoher Temperatur mit einem in der Abblaseleitung vorgesehenen Überdruckventil.
Die Forderung nach eurer extrem dichten Absicherung eines Systems muß immer dann
erhoben werden, wenn dieses System gas- oder dampfförmige Medien mit besonders gefährlichen
Eigenschaften wie Radioaktivität, Giftigkeit oder besonders wertvolle Stoffe enthält.
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Es ist bekannt, zur Erreichung der erforderlichen Dichtigkeit entweder
ein Folienventil oder ein überdruckventil mit vor- oder nachgeschalteter Berstscheibe
zu verwenden. Bei beiden Anordnungen treten jedoch erhebliche Nachteile auf, wie
Korrosionsanfälligkeit der Folie und der Berstscheibe, Ermüdung dieser beiden Bauelemente
mit nachfolgendem Undichtwerden, die Notwendigkeit des Auswechselns im Abblasefall.
Beim Folienventil kommt noch hinzu, daß die Metallfolien, die meistens nur eine
Dicke von 0,02 bis 0,05 mm haben; sehr sorgfältig geprüft und behandelt werden müssen
und daß das Ventil, wenn wirtschaftliche Standzeiten erreicht werden sollen, nur
weit unter dem Ansprechdruck betrieben werden darf.
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Aus der USA.-Patentschrift 2 646 065 ist es bekannt, zur Verbesserung
der Dichtigkeit eines Ventils zwischen Ventilsitz und Ventilkegel ein flüssiges
Dichtmittel einzubringen, das durch eine Kühleinrichtung verfestigt wird. Ferner
sind Heizmittel vorgesehen, die das feste Dichtmittel zum Schmelzen bringen und
das öffnen des Ventils erleichtern.
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Das gleiche Prinzip einer besseren Abdichtung ist in den USA.-Patentschriften
1292 603, 1308262 beschrieben; auch hier ist ein Dichtmittel im festem Zustand zwischen
Ventilkörper und Ventilsitz vorgesehen, das vor dem Öffnen des Ventils durch eine
elektrische Heizung verflüssigt wird.
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Bei einer in der USA.-Patentschrift 3110 319 beschriebenen Anordnung
weist der Ventilsitz eine ringförmige Nut auf, in die der an seinem unteren Ende
kappenartig ausgebildete Ventilkörper eintaucht. Die ringförmige Nut ist mit einem
bei Normaltemperatur festen Dichtmittel gefüllt, das zum öffnen und Schließen des
Ventils durch elektrische Beheizung verflüssigt wird. Das Heizelement ist im Boden
des kappenartigen Ventilkörpers untergebracht. -Aus der britischen Patentschrift
505 391 ist ein Kontaktmanometer bekannt, bei dem die einen Schalter betätigende
Membran nur dann von Druck beaufschlagt wird, wenn ein die Verbindung zwischen Membran
und zu kontrollierender Leitung absperrender schmelzbarer Werkstoff verflüssigt
wird.
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Von diesem Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung aus, wobei
sie sich die Aufgabe gestellt hat, eine Anordnung zur Absicherung eines Systems
hohen Druckes und hoher Temperatur anzugeben, bei der das in der Abblaseleitung
befindliche Überdruckventil ohne Folie und ohne Berstscheibe arbeitet und die eine
extrem hohe Dichtigkeit gewährleistet.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die
Kombination folgender Merkmale: a) die Abblaseleitung weist stromaufwärts vom Überdruckventil
eine U-förmige Schleife auf, in die ein bei Normaltemperatur festes, jedoch schmelzbares
Dichtmittel eingebracht ist; b) es sind Einrichtungen vorgesehen, die die Wärmeübertragung
vom abzusichernden System auf das schmelzbare Dichtmittel in Abhängigkeit vom Druck
des Systems ermöglichen.
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Die in der Kombination . aufgeführten Merkmale sind teilweise bekannt,
so daß der beanspruchte Schutz sich nur auf die Kombination der Merkmale erstreckt.
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Als Dichtmittel kann ein schmelzbarer, höherer Kohlenwasserstoff,
z. B. Paraffin, verwendet werden, dessen Siedepunkt hoch genug liegt, um eine Verdampfung
und damit verbundene Verunreinigung des Drucksystems durch Paraffin weitgehendst
zu vermeiden. Durch die Anwesenheit des festen Dichtmittels in der Abblaseleitung
wird das Drucksystem bei Normalbetrieb vollkommen abgedichtet. Steigt der Druck
im System über den Betriebsdruck, so wird von einem bestimmten Wert ab durch von
dem abzusichernden System übertragene Wärme das schmelzbare Dichtmittel verflüssigt,
so daß es bei Erreichen
des Ansprechdruckes des Überdruckventils
in flüssiger Phase vorliegt. Die Verflüssigung des Dichtmittels tritt schon bei
geringem Überschreiten des Betriebsdruckes ein, um zu gewährleisten, daß im Abblasefall
das Dichtmittel mit Sicherheit in flüssigem Zustand ist. Auch wenn der Druck nicht
bis zum Ansprechdruck des Überdruckventils ansteigt, ist die Verflüssigung des Dichtmittels
zulässig: Die zwischen dem Betriebsdruck und dem Abblasedruck liegende Sicherheitsspanne
muß groß genug sein, um- die Verflüssigung des Dichtmittels bis zum Erreichen des
Ansprechdruckes zu ermöglichen.
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Bei einem Ausführungsbeispiel der Anordnung gemäß der Erfindung ist
zur Übertragung der Wärme des heißen Druckmediums auf das schmelzbare Dichtmittel
ein flüssiges- oder gasförmiges Wärmeübertragüngsinttel vorgesehen, das in einer
Rohrleitung durch das heiße Drucksystem geführt im Diese-Rohrleitung ist im Bereich
des schmelzbaren Dichtmittels schraubenförmig um die Abblaseleitung gelegt, und
zur Steuerung des Wärmeübertragungsmittels ist mindestens ein Ventil in der Rohrleitung
angeordnet, das die Wärmezufuhr zu dem Dichtmittel absperrt oder freigibt, üüd zwar
in Abhängigkeit von denn in dem heißen Drucksystem herrschenden Druck.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zwischen
dem das heiße Medium enthaltenden Drucksystem und der U-förmigen Schleife der Abblaseleitung
ein bewegbarer Wätmeschützschirm angeordnet, der mit einem drllekabhängigen Bewegungsantrieb
ausgerüstet ist. Nach Überschreiten des eingestellten, zulässigen Druckwertes wird
der Wärmeschutzschirm durch den Bewegungsantrieb entfernt, so daß das Dichtmittel
der Wärmestrahlung des heißen Mediums ausgesetzt ist.
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Zweckmäßig ist der bewegbare Wärnleschutzschirm als Absperrelement
für einen Kühlluftstrom ausgebildet, der bei Normalbetrieb die Wärmeübertragung
von deal heißen Druckniediüm auf das Dichtmittel verhindert.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Vorrichtung schematisch dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
bei dem die Wärme durch Wärnleleiiung übertragen wird, und F i -g. 2 eiü weiteres
Ausführungsbeispiel, bei dem die Wärrileüberträgüng durch Strahlung erfolgt.
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In der F i g. 1 ist ein heißes Drucksystem 1 gezeigt, das extrem dicht
abgesichert werden soll. über eine Abblaseleitung 2 ist das heiße .System mit einem
überdruckventil3 verbunden. Der zwischen dem überdruckventil und dem heißen Drucksystem
liegende Teil der Abbläseleitung bildet eine Schleife 4, die mit einem bei normaler
Temperatur festen, schmelzbaren Dichtmittel gefüllt ist, z. B. reit Paraffin. Bei
normalem Druck in dem System dichtet das feste Medium dieses vollkommen ab, Zur
Verflüssigung des Dichtmittels im Abbläsefäll ist eine Warmwasserheizung 5 vorgesehen,
die außen um die Schleife 4 herumgeführt ist. Die zur Verflüssigung des Dichtmittels
erforderliche Wärme wird von dem heißen Drucksystem 1 geliefert; die Übertragung
der Wärme erfolgt durch Wärmeleitung über die Warmwasserheizung. Das Wasser befindet
sich in einem Hochbehälter 6, der durch eine Zuleitung 7 gespeist wird. Aus dem
Hochbehälter 6 strömt das Wasser durch eine Rohrleitung 8, die durch das heiße Drucksystem
geführt ist, in dem die Aufheizüng des Wassers erfolgt. In der Rohrleitung 5 gibt
das Wässer seine Wärme an das Dichtmittel ab, wodurch dieses zum Schmelzen gebracht
wird. In der Zuleitung 7 zu dem Hochbehälter 6 sowie in der Rohrleitung 8 ist je
ein Absperrventil 9 vorgesehen, das als Steuerorgan arbeitet. Beide Ventile werden
von dem Drucksystem 1 betätigt, und zwar öffnen sie sich, wenn der Betriebsdruck
einen bestimmten Wert überschritten hat. Der Behälter 6 ist so bemessen, daß sein
Inhalt ausreicht, um das Dichtmittel zu verflüssigen.
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In dem in der F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung wird der Umlauf des Wassers zwangläufig durch die Schwerkraft bewirkt.
Das Heizsystem kann jedoch auch so ausgebildet sein, daß die Wärmeleitung durch
ein Wärmeübertragungsmittel erfolgt, dessen Umlauf nicht zwangläufig, sondern durch
freie Konvektion erreicht wird. Als Wärmeträger kommt ebenfalls Wasser in Frage.
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In der F i g. 2 ist eine Anordnung dargestellt, in der das Dichtmittel
durch Wärmestrahlung verflüssigt wird. An das heiße Drucksystem 1 ist eine Abblaseleitüng
2 angeschlossen, in die ein Überdruckventil 3 eingebaut ist. Zwischen dem heißen
Drucksystem und dem Überdruckventil bildet die Abblaseleitung 2 eine (J-förtfilge
Schleife 4, die das bei normaler Temperatur feste Dichtmittel enthält. Die Schleife
4 ist in unmittelbarer Nähe des heißen Drucksystems angeordnet und gegen dieses
durch einen Wärmeschutzschirm 10 abgeschirmt.
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Zwischen dem Drucksystem 1 und dem Wärmeschirm 10 befindet sich ein
Kanal 11, durch den in der angegebenen Richtung Kühlluft strömt. Durch den
Schirm 10 und die freie Konvektion der Kühlluft durch den Kanal 11 wird verhindert,
daß bei Normalbetrieb eine Wärmeübertragung von dem heißen Drucksystem auf das Dichtmittel
stattfinden kann. Unterhalb der Schleife 4 mit dem Dichtmittel ist ein Gehäuse 12
angebracht, dessen einer Teil als Faltenbalg 13 ausgebildet ist. Über eine Leitung
14 ist das Gehäuse 12 mit der Abblaseleitürig 2 und dem Drucksystem 1 verbünden,
so daß der Faltenbalg 13 mit dem gleichen Drück beaüfschlägt ist wie das System
1. Steigt der Druck in dem System 1 über einen bestimmten Wert hinaus an, so dehnt
sich der !Faltenbalg aus und bewegt dadurch ein starres Verbindungsglied 15, das
den Wärmeschützsohirm 10 und den Faltenbalg 15 miteinander koppelt. Der Wärrneschutzschirm
10 gibt dem Drück des Verbindungsgliedes 15 nach und wird aus einer Pührting (nicht
dargestellt) herausgedrückt, die den Schirm bisher in aufrechter Stellung gehalten
hat. Demzufolge kippt der Schirm 10 in die in der F i g. 2 gestrichelt gezeichnete
Lage. In dieser Stellung sperrt sie den Kühlluftstrom ab und gibt den aus dein Drucksystem
austretenden Wärmestrahlung den Weg frei. Diese verflüssigt das Dichtmittel, so
däß sich das Überdruckventil bei Erreichen des Abblasedruckes öffnen kann.