DE19518304C2 - Sicherheitsventileinrichtung - Google Patents

Description

Sowohl in der Wärmeversorgungstechnik, als auch in anderweitigen Industriezweigen, bspw. in der Chemie oder auf verfahrenstechnischem Gebiet, kommt es häufig vor, daß Anlagen, Anlagenteile oder einzelne Baugruppen über Lei­ tungen mit Wärmeträgern versorgt werden, in denen ein Sicherheitsabsperrventil vorgesehen ist. Ein solches Sicherheitsabsperrventil hat die Aufgabe, die betreffende Leitung im Gefahrenfalle bei Überlast oder aus anderen Gründen abzusperren, während es ansonsten offen ist. Versagt ein Sicherheitsabsperrventil, d. h. schließt es bspw. im Gefahrenfalle nicht, können Gefahren für die Anlage selbst und für in der Nähe der Anlage arbeitendes Personal entstehen.

Insbesondere bei Anlagen, in denen ein Dampfzufluß bedarfsweise abgestellt werden muß, werden hohe Ansprüche an die Ventilzuverlässigkeit gestellt. Fällt ein Sicher­ heitsventil aus und schlägt Dampf bspw. durch Wärmetau­ scher auf die Kondensatseite durch, kann die betreffende Anlage dadurch erheblich beschädigt werden.

Aus der Praxis ist bspw. das Dampfmehrzweckventil Bälz 192 bekannt, das vor allem als dampfseitiges Sicher­ heitsventil eingesetzt wird. Das Dampfmehrzweckventil ist ein mittels einer Feder auf seine Schließstellung zu vorgespanntes Sitzventil, dessen Ventilkegel mit einem Membranantrieb verbunden ist. Dieser enthält eine Membran, die über einen Steuerkanal druckbeaufschlagt ist. In dem Steuerkanal ist ein weiteres, elektrisch betätigtes Ventil angeordnet, das einen Elektromagneten aufweist. Der Elek­ tromagnet hält das als Sitzventil ausgebildete, in dem Steuerkanal sitzende Ventil offen, solange er erregt ist. Bei Entregung, bspw. bei Stromausfall schließt ein Ventil­ kegel den Steuerkanal und beendet damit die Druckbeauf­ schlagung der Membran. Daraufhin schließt das Mehrzweck­ ventil Bälz 192 mittels Federkraft.

Mit dieser bekannten Anordnung wird eine hohe System­ zuverlässigkeit erreicht. Jedoch ist das Mehrzweckventil relativ teuer.

Als Alternative zu den oben genannten Mehrzweckventi­ len gibt es mit einem Federspeicher ausgerüstete Motorven­ tile, die als Sicherheitsventile verwendbar sind, die bei Stromausfall durch Auslösen des Federspeichers schließen. Der Federspeicher wird bei solchen Systemen mittels einer magnetischen Vorrichtung ausgelöst. Der Magnet ist bei anliegender Spannung angezogen und gibt bei Stromausfall den Federspeicher frei. Es hat sich gezeigt, daß derartige Ventile eine begrenzte Betriebssicherheit aufweisen. Außerdem sind derartige Ventile relativ teuer.

Aus der DE 41 05 705 A1 ist ein Magnetventil bekannt, bei dem ein Ventilverschlußglied mittels eines Elektroma­ gneten in Offen- und Schließstellung sowie in Zwischen­ stellungen überführbar ist. Zur Erfassung der Position des Ventilverschlußgliedes und somit des Ventilöffnungsquer­ schnittes ist ein magnetischer Feldsensor vorgesehen, der das Magnetfeld eines gemeinsam mit dem Ventilglied beweg­ ten Permantmagneten erfaßt. Das Sensorsignal kennzeichnet die Stellung des Ventilverschlußgliedes.

Ein weiteres Magnetventil ist aus der DE 39 27 150 A1 bekannt, das zur Betätigung des Ventilverschlußgliedes einen Magnetkreis mit beweglichem Polkern aufweist. Der Polkern und die übrigen ruhenden Teile des Magnetkreises sind so ausgebildet, daß auch im abgefallenen Zustand des Magnetkreises eine hohe Anzugskraft ausgeübt werden kann. Dazu dient ein in eine Ausnehmung des ruhenden Magnet­ kreises greifender Vorsprung an dem Polkern.

Sind die genannten Magnetventile in Dampfanlagen installiert und werden sie lange Zeit in Offenstellung gehalten, können Ablagerungen an dem jeweiligen Ventilver­ schlußglied bzw. diesen benachbarten Teilen gegebenenfalls ein Schließen des Ventiles verhindern.

Ein zeitgesteuertes Ventil mit programmierbaren Offen- und Schließzeiten zur Regulierung des Wasserzuflus­ ses zu Rasensprengern ist aus der DE US-PS 4.807.664 be­ kannt. Das zeitgesteuerte Ventil ist mit einem elektroni­ schen Zeitschalter verbunden, der das Ventil zeitgesteuert öffnet, wenn eine Wasserversorgung gewünscht ist. Als Endlagenschalter für einen das Ventil betätigenden Motor ist ein Umschalter vorgesehen, mit dessen Hilfe ein den Motor ansteuernder Steuerimpuls bei Erreichen seiner Endlagen jeweils umgepolt wird.

Schließlich ist es gemäß einem DVGW-Arbeitsblatt bei Gasanlagen erforderlich und bekannt, Sicherheitseinrich­ tungen in regelmäßigen Zeitabständen zu warten und auf Funktion zu prüfen.

Davon ausgehend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Sicherheitsabsperreinrichtung zum bedarfsweisen Sperren einer Rohrleitung zu schaffen, wobei die Sicher­ heitsabsperreinrichtung preiswert sein und eine erhöhte Zuverlässigkeit aufweisen soll. Darüberhinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine Wärmeübergabestation zu schaf­ fen, die auch im Gefahrenfalle, insbesondere bei Stromaus­ fall, mit erhöhter Sicherheit keinen gefährlichen Zustand annimmt. Schließlich ist es ein weiterer Teil der Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Funk­ tionsfähigkeit eines Absperrventiles erhalten und bedarfs­ weise überwacht werden kann.

Die vorgenannten Aufgaben werden durch eine Sicher­ heitsabsperreinrichtung mit den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1, mit einer Wärmeübergabestation mit den Merkma­ len des Patentanspruchs 14 und mit einem Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 18 aufweist.

Die Absperreinrichtung weist ein elektrisch gesteuer­ tes und/oder betätigtes Sicherheitsventil, vorzugsweise ein Magnetventil, auf, das als Standardprodukt kostengün­ stig verfügbar ist. Das Sicherheitsventil ist mit einem Ventilverschlußglied versehen, das zwischen einer Offen­ stellung und einer Schließstellung hin und her bewegbar, d. h. verstellbar ist. Als Antriebseinrichtung kann ein Elektromagnet oder ein anderweitiger elektrischer Antrieb vorgesehen sein, der das Ventilverschlußglied in eine vor­ bestimmte Stellung, d. h. entweder in seine Offenstellung oder in seine Schließstellung überführt. Bspw. kann das Sicherheitsventil ein Magnetventil, ein Motorventil mit Federspeicher oder ähnliches sein. In den weitaus meisten Fällen treibt ein Elektromagnet das Ventilverschlußglied so an, daß es bei Erregung des Elektromagneten in seine Offenstellung überführt wird. In diesem Falle ist das als Magnetventil ausgebildete Sicherheitsventil mit anderwei­ tigen Mitteln, bspw. Federn, versehen, über die es in seine Schließstellung überführbar ist.

Bei dem oben genannten Beispiel, gemäß dessen der Elek­ tromagnet das Ventilverschlußglied in seine Offenstellung überführt, wenn er erregt wird, schaltet die Steuerein­ richtung den Elektromagneten periodisch stromlos. Das Ausgangssignal der Steuereinrichtung ist in diesem Falle, daß kein Strom an den Elektromagneten abgegeben wird. Dies kann sowohl in fest vorgegebenen Zeitabständen, als auch in anhand bestimmter Parameter vorgegebenen Zeitabständen, die dann etwas variieren können, erfolgen. Bspw. kann das periodische Schließen des Sicherheitsventils bei Dampf­ systemen täglich erfolgen. Das Sicherheitsventil wird dabei jeweils kurzzeitig und ohne Rücksicht darauf ge­ schlossen, ob die jeweilige Prozeßführung tatsächlich ein Schließen erfordert. Bspw. wird bei einem Dampfwärmesystem trotz Wärmebedarfs das Sicherheitsventil kurzzeitig, d. h. bspw. um eine oder wenige Sekunden geschlossen.

Das periodische Schließen des Sicherheitsventiles, bpsw. im Tagesrhythmus, ermöglicht es anhand des von dem Sensormittel abgegebenen Signales zu bestimmen, ob das betreffende Sicherheitsventil tatsächlich arbeitsfähig ist, oder ob es bspw. durch Korrosion oder Ablagerungen unbrauchbar geworden ist und seine Sicherheitsfunktion somit verloren hat. Es hat sich darüberhinaus gezeigt, daß erst die häufig wiederkehrende Betätigung der Sicherheits­ ventile deren Arbeitsfähigkeit zuverlässig sicherstellt. Wird ein solches Sicherheitsventil, das bei einem Dampf­ wärmesystem bspw. über eine gesamte Heizperiode hinweg andauernd geöffnet ist, periodisch geschlossen, ist die Ausfallwahrscheinlichkeit signifikant vermindert. Versuche haben ergeben, daß in Dampfsysteme eingebaute Ventile, insbesondere Magnetventile zu 50% nicht mehr arbeitsfähig sind, wenn sie 6 Monate lang ständig offen gehalten worden sind und eine Dampfmenge in der Größenordnung von 6.000 t durch das Ventil geströmt ist. Sicherheitsventile, die täglich oder auch in größeren Zeitabständen kurzzeitig geschlossen werden, sind mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit voll betriebsfähig und erfüllen somit ihre Sicherheitsfunktion, wenn sie die gleiche Dampfmenge durchgelassen haben. Ablagerungen, die sich aus dem Dampf zum Korrosionsschutz beigegebenen Chemikalien bilden können, werden bei jedem Arbeitsspiel des Sicherheits­ ventiles insbesondere an gegebenenfalls vorhandenen Gleit­ flächen entfernt. Auf diese Art und Weise wird ein Fest­ klemmen des Ventilverschlußgliedes in seiner Offenstellung durch Ablagerungen oder Korrosion vermieden, so daß das Ventilverschlußglied mit geringer Kraft sicher in seine Schließstellung überführbar ist.

Die Erfindung ist alternativ bei solchen Sicherheits­ ventilen anwendbar, die bspw. anstelle einer das Ventil­ verschlußglied auf seine Schließstellung zu spannende Feder ein weiteres Magnetsystem, einen Druckspeicher oder ähnliches aufweisen.

Das Sicherheitsventil weist ein Sensormittel auf, das im einfachsten Falle ein eine ausgezeichnete Stellung des Ventilverschlußgliedes erfassender Sensor sein kann. Dieses Sensormittel gibt ein Signal ab, wenn das Ventil­ verschlußglied eine vorbestimmte Stellung, bspw. seine Verschlußstellung, einnimmt. Dies ermöglicht es zu über­ wachen, ob das Ventilverschlußglied sich tatsächlich bewegt und insbesondere seine vorbestimmte Stellung ein­ nimmt, wenn dies gefordert ist. Diese Überwachungsaufgabe kann bspw. von einer Steuereinrichtung mit übernommen werden, die mit dem Elektromagneten verbunden ist und diesen ansteuert. Die Steuereinrichtung gibt in vorbe­ stimmten Zeitabständen Signale ab, die der Schließstellung des Ventilverschlußgliedes entsprechen.

Das Sicherheitsventil ist vorzugsweise ein Kolbenven­ til, bei dem das Ventilverschlußglied ein in einer zylin­ drischen Kammer abgedichtet längsverschiebbar gelagerter Kolben ist. Durch eine Längsverschiebung des Kolbens wird dieser von seiner Offenstellung in seine Schließstellung überführt. Ein solches Kolbenventil hat in Offenstellung einen geringen Durchflußwiderstand und schließt, insbeson­ dere wenn es als Sitzventil ausgebildet ist, in Schließ­ stellung dicht ab.

Die Steuereinrichtung kann bspw. ein auf einem Mikro­ prozessor basierender Regler sein, bei dem die entspre­ chenden Regel-, Überwachungs- und Steuerfunktionen durch ein Programm vorgegeben werden.

Der Zeitabstand zwischen erzwungenen Betätigungsvor­ gängen des Sicherheitsventils ist vorzugsweise nicht ganz starr festgelegt, sondern als eine Wartezeit definiert, deren Beginn von einem Signal des Sensormittels ausgelöst wird und bei deren Ablauf das Sicherheitsventil innerhalb eines Zeitfensters zu einem Zeitpunkt geschlossen wird, bei dem dies ohne Gefahr für das nachfolgende System möglich ist. Auf diese Weise kann der Zeitpunkt für das zusätzliche, willkürliche Arbeitsspiel des Sicherheits­ ventils auf einen Zeitpunkt gelegt werden, bei dem der Durchsatz durch das Sicherheitsventil ohnehin gering ist. Dies ist bei Dampfwärmesystemen ein Betriebspunkt, bei dem das System mit geringer Leistung gefahren wird.

Wenn ein Sicherheitsventil nicht mehr in Schließ­ stellung überführbar ist, verliert es seine Sicherheits­ funktion und stellt somit eine Gefahr für das nachfolgende System dar. Dies kann insbesondere bei Magnetventilen vorkommen. Um solche Gefahren erkennen zu können, kann das Sensormittel direkt oder über die Steuereinrichtung mit einer Warneinrichtung verbunden sein, die ein Warnsignal abgibt, wenn die Steuereinrichtung erkennt, daß das Ven­ tilverschlußglied nicht mehr in seine ausgewählte Stel­ lung, bspw. in seine Schließstellung geht.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung wiederholt die Steuereinrichtung die Versuche, das Sicherheitsventil in seine ausgewählte Stellung, also bspw. seine Schließstel­ lung zu überführen, wenn dies beim ersten Mal nicht ge­ lingt. Sollte nach einer festgelegten Anzahl versuchter Arbeitsspiele noch kein Schließen des Sicherheitsventils erreicht worden sein, wird ein Warnsignal abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, Sicherheitsventile betriebs­ fähig zu halten, die einer höheren Korrosions- oder Ver­ krustungsgefahr unterliegen.

Wenn das Sicherheitsventil lediglich für eine ausge­ sprochen kurze Zeitspanne, die bspw. unter 5 Sekunden liegt, geschlossen wird und wenn sichergestellt wird, daß die Zeitspanne so kurz ist, daß die in dem nachfolgenden System ablaufenden Prozesse nicht gestört werden, ist es möglich, das Sicherheitsventil auch dann zu schließen, wenn aktuell ein größerer Durchsatz an dem Sicherheits­ ventil vorhanden ist. Generell richtet sich die Zeitspan­ ne, für die das Sicherheitsventil geschlossen wird, nach der Zeit, die erforderlich ist, um das Ventilverschluß­ glied aus seiner Dauerstellung in die jeweils andere Stellung zu überführen.

Eine zuverlässige und verschleißfreie Variante für das Sensormittel ist ein magnetisch gesteuerter Schalter, der bspw. durch einen ortsfest gelagerten Reed-Kontakt gebildet sein kann. Dieser wird dann durch einen Magneten betätigt, der mit dem Ventilverschlußglied verbunden ist.

Bei einer Wärmeübergabestation, bei der in einer bspw. dampfführenden Vorlaufleitung eine Absperreinrich­ tung in einer der vorstehend diskutierten Varianten oder eine Absperreinrichtung mit einer Kombination der vor­ stehend erläuterten Merkmale verwendet worden ist, wird sichergestellt, daß das Sicherheitsventil in Gefahren- oder anderweitigen Bedarfsfalle sicher schließt, auch wenn es für lange Zeiträume, wie ein halbes oder ein ganzes Jahr, betriebsmäßig offen gestanden hat. Die bspw. täglich veranlaßten Arbeitsspiele des Sicherheitsventils, d. h. die periodisch durchgeführten Schließbewegungen des Ventilver­ schlußgliedes erhalten dessen Beweglichkeit. Ablagerungen, die das Ventilverschlußglied ansonsten blockieren könnten, werden abgestreift, bevor sie eine schädliche Dicke errei­ chen.

Das vorstehend beschriebene Sicherheitsventil kann auch in einer Kondensatleitung oder einer anderweitig von einem Wärmeverbraucher kommenden Rücklaufleitung angeord­ net werden. In diesem Falle kann das Sicherheitsventil zusätzlich Regelfunktionen übernehmen, d. h. ein bspw. im Kondensatanstau betriebener und durch Kondensatanstau geregelter Wärmeverbraucher wird jeweils mit Dampf beauf­ schlagt, wenn das Sicherheitsventil öffnet und Kondensat aus dem Wärmetauscher ausfließen läßt. Ein periodischer Schließvorgang kann hier vor allem dann erforderlich sein, wenn die Anlage so dimensioniert ist, daß Betriebszustände auftreten können, bei denen das Sicherheitsventil über längere Zeit offen bleibt.

Darüberhinaus ist es möglich, Ventile, die bei Be­ trieb einer Anlage üblicherweise lange Zeit geschlossen sind und denen eine sicherheitsrelevante Funktion zukommt, in vorgegebenen Zeitabständen kurzzeitig zu öffnen. Die ausgewählte Stellung ist dann die Offenstellung. Das Sensormittel gibt ein entsprechendes Signal ab, wenn diese erreicht wird. Bei dieser Variante dient das kurzzeitige Öffnen des Ventils dazu, die Beweglichkeit des Ventilver­ schlußgliedes zu erhalten und evt. in dem vorgelagerten Rohrabschnit abgelagertes Material zu entfernen bzw. auszulassen. Damit wird verhindert, daß der im Gefahren­ falle zu öffnende Rohrabschnitt im Ernstfall nicht freige­ geben werden kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine an ein Dampf-Fernwärmesystem angeschlos­ sene Wärmeverbraucherstation mit einem Magnetventil zur Sicherheitsabschaltung in vereinfachter und stark schema­ tisierter Darstellung,

Fig. 2 ein mit einem Sensor versehenes Magnetventil der Wärmeverbraucherstation nach Fig. 1 in geschnittener und teilweise schematisierter Darstellung,

Fig. 3 einen die zeitliche Steuerung des Magnetven­ tils nach Fig. 2 in einer Wärmeverbraucherstation nach Fig. 1 veranschaulichendes vereinfachtes Flußdiagramm und

Fig. 4 einen Schaltplan einer Sicherheitsüber­ wachungsschaltung mit einem Magnetventil.

In Fig. 1 ist eine über eine Dampfleitung 01 mit Dampf gespeiste und über eine Kondensatleitung 02 an eine nicht weiter dargestellte Kondensatsammelleitung ange­ schlossene Wärmeverbraucherstation 5 dargestellt. Die Wärmeverbraucherstation 5 weist einen Wärmetauscher 7 auf, in dem der über die Dampfleitung 01 herangeführte Dampf unter Wärmeabgabe kondensiert, wobei das entstehende Kondensat über die Kondensatleitung 02 abgeführt wird. Während die Dampfleitung 01 und die Kondensatleitung 02 den Vorlauf bzw. den Rücklauf eines Primärkreislaufes bilden, speist der für den Primärkreislauf als Wärmever­ braucher wirkende Wärmetauscher 7 einen Sekundärkreislauf. Dieser ist ein Wasserkreislauf, der in Fig. 1 durch eine warmwasserführende Vorlaufleitung 04 und eine Rücklauflei­ tung 03 angedeutet ist, die von einem eigentlichen Wärme­ verbraucher, wie eine Heizung oder dergleichen, ausgekühl­ tes Wasser an den Wärmetauscher 7 heranführt.

In der Dampfleitung 01 ist ein Magnetventil 9 an­ geordnet, das als Kolbenventil ausgeführt und durch einen Zugmagneten 11 betätigt ist, der als elektrisch gesteuer­ tes Antriebsmitetl dient. Zur Überwachung der Funktion des Magnetventiles 9 ist an diesem ein Endschalter 13 mon­ tiert. In Flußrichtung vor dem Magnetventil 9 sind ein Schmutzfänger 15 und ein Handabsperrventil 17 angeordnet.

Sowohl der Zugmagnet 11, als auch der Endschalter 13 sind an einem Mikroprozessorregler 19 angeschlossen, der außerdem nicht weiter dargestellte Sensoren abfragt und die Wärmeverbraucherstation 7 über gesonderte, nicht dargestellte Regelorgane führt. Zur Verfolgung der in der Wärmeverbraucherstation 5 ablaufenden Prozesse ist der Mikroprozessorregler 19 mit einer Datenverarbeitungsanla­ ge, vorzugsweise einem PC 21 verbunden, an den eine Proto­ kolliereinrichtung 22 angeschlossen sein kann. Der Mikro­ prozessorregler 19 kann dabei an eine Standardschnitt­ stelle des PC 21 angeschlossen, als auch als Bestandteil desselben, d. h. als eine an den geräteinternen Bus des PC's angeschlossene Steckkarte ausgefüht sein.

In der Kondensatleitung 02 ist ein weiteres Magnet­ ventil 9' angeordnet, das mit dem Magnetventil 9 baugleich ist. Sein Zugmagnet 11' und sein Endschalter 13' sind an den Mikroprozessorregler angeschlossen. Auf das Magnetven­ til 9' folgen in der Kondensatleitung 02 in Flußrichtung ein Kondensatcontroller 25 und ein Handabstellventil 26.

Das in Fig. 2 gesondert dargestellte Magnetventil 9 weist ein Gehäuse 31 auf, das einen durch einen Kolben 33 verschließbaren Kanal 35 aufweist. Dazu ist in dem Gehäuse 31 ein Sitzring 37 eingelassen, dessen schmale stirnseiti­ ge und ringförmige Dichtkante 39 dem Kolben 33 zugewandt angeordnet ist.

Der flach ausgebildete Kolben 33 sitzt in einer an dem Gehäuse 31 befestigten Kammer 41 und ist in dieser in Kolbenlängsrichtung auf den Sitzring 37 zu und von diesem weg verschiebbar gelagert. Der Kolben 33 trägt dazu an seiner Mantelfläche einen Nutring 43 mit einer Außenum­ fangsnut 44, in der eine Dichtung 45 angeordnet ist. Diese dichtet den Kolben 33 gegen die Kammer 41, d. h. gegen ihre zylindrische Innenwand 46 ab.

An seiner dem Sitzring 37 zugewandten Flachseite ist in den Kolben 33 ein Dichtring 47 eingelassen, der an der Dichtkante 39 des Sitzringes 37 anliegt, wenn der Kolben 33 in Schließstellung steht.

Zur Bewegung des das eigentliche Ventilverschlußglied bildenden Kolbens 33 aus seiner in Fig. 3 dargestellten Schließstellung in eine Offenstellung, ist der Zugmagnet 11 an der Kammer 41 befestigt. Der Zugmagnet 11 weist eine lediglich schematisch angedeutete Magnetspule 51 auf, in der ein Magnetanker 53 axial verschieblich gelagert ist. Der Magnetanker 53 ist über eine Spindel 55 starr mit dem Kolben 33 verbunden. Sowohl der Kolben 33, als auch der Magnetanker 53 ist jeweils über eine Schraubenfeder 55, 56 auf die Schließstellung des Kolbens 33 zu federnd vor­ gespannt.

Über einen Stößel 58 ist der Endschalter 13 mit dem Kolben 33 starr verbunden. Der Stößel 58 erstreckt sich von dem Kolben 33 in gerader Verlängerung und koaxial zu diesem weg und ragt aus dem Gehäuse 31 heraus. Endseitig trägt der Stößel 58 einen Dauermagneten 61, wobei sowohl der aus dem Gehäuse 31 ragende Stößel 58, als auch der Dauermagnet 61 sich in eine endseitig geschlossene, fest mit dem Gehäuse 31 verbundene unmagnetische Buchse 62 erstrecken. Um eine axiale Bewegung des Stößels 58 in der Buchse 62 zu ermöglichen, kann ein gewisses radiales Spiel vorhanden sein, das einen Ringspalt zwischen dem Stößel 58 und der Buchse 62 entstehen läßt. Auf diese Weise wird eine Blockierung des Stößels durch Wasser-, Luft- oder Dampfeinschlüsse vermieden.

In der Buchse 62 ist ein magnetisch empfindlicher Schalter 65, vorzugsweise ein Reed-Kontakt angeordnet, der schließt, wenn der Kolben 33 in Schließstellung steht.

Die insoweit beschriebene Wärmeverbraucherstation 5 arbeitet wie folgt:

Das Magnetventil 9 dient als Sicherheitsventil und ist bei normalem Betrieb der Wärmeverbraucherstation 5 voll offen. Dazu gibt der Mikroprozessor 19 ein Signal an den Zugmagneten 11, so daß dieser anzieht und den Kolben 33 von dem Sitzring 37 wegzieht. Über das Magnetventil 9' steuert der Mikroprozessor 19 die aus dem Wärmetauscher 7 ausfließende Kondensatmenge und somit den Leistungsumsatz in dem Wärmetauscher 7. Dieser Vorgang ist in Fig. 3 durch einen ersten Block 70 symbolisiert. Der Mikroprozessorreg­ ler 19 vergleicht über nicht weiter dargestellte Sensoren aufgenommene Ist-Werte von Prozeßparametern mit deren Soll-Werten und führt das System nach, indem es bspw. das Magnetventil 9' öffnet oder schließt.

Jeweils nach Durchlauf eines diese entsprechende Regelung bewirkenden Programmabschnittes prüft der Mikro­ prozessorregler 19 in einem Block 72, ob das als Sicher­ heitsabsperrventil dienende Magnetventil 9 länger als eine vorgegebene Zeit offen gestanden hat und somit nicht bewegt worden ist. Diese vorgegebene Zeit ist anhand der Dampfzusammensetzung und sonstiger Einflußparameter wie durchströmende Dampfmengen, chemische Zusammensetzung des Dampfes usw. derart festgelegt, daß das Magnetventil 9 in der seit dem letzten Schließvorgang vergangenen Zeit mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit noch nicht festgegangen ist. Dies bedeutet, daß insbesondere an der zylindrischen Innenwand 46 der Kammer 41 noch keine Abla­ gerungen vorhanden sind, die eine Bewegung des Kolbens 33 und des Nutringes 43 verhindern würden.

Ist die vorgegebene Zeit noch nicht erreicht, kehrt der Mikroprozessorregler zu dem Block 70 zurück und führt den Prozeß bspw. durch Auf- und Zu-Steuern des Magnetven­ tils 9'. Ist die vorgegebene Zeit bspw. bei erneutem Durchlaufen des Blocks 72 jedoch erreicht oder überschrit­ ten, wird bei einem Block 74 ein Zeitfenster gestartet, innerhalb dessen das Magnetventil 9 unabhängig von son­ stigen Prozeßanforderungen geschlossen wird. Dazu wird in dem Block 74 zunächst abgefragt, ob die Wärmeverbraucher­ station 5 aktuell mit größerer oder geringerer Leistung betrieben wird. Zu diesem Zweck werden die Stellung eines nicht weiter dargestellten Regelventils oder die Stellung des Magnetventils 9' abgefragt. Ist das Magnetventil 9' geschlossen oder unterschreitet die Öffnung des Regelven­ tils einen vorgegebenen Grenzwert, arbeitet die Wärmever­ braucherstation 5 mit geringer Leistung und ein kurzzeiti­ ges Schließen des durch das Magnetventil 9 gebildeten Sicherheitsventiles kann ohne nachteiligen Einfluß für den Betrieb der Wärmeverbraucherstation 5 erfolgen. Der Schließvorgang wird in einem Block 76 durch kurzes Strom­ los-schalten des Zugmagneten 11 bewirkt. Kann der Kolben 33 durch die Kraft der Schraubenfeder 55 in seine Schließ­ stellung überführt werden, gibt der als Sensormittel dienende Endschalter 13 ein Signal an den Mikroprozessor­ regler 19 ab, sobald der Kolben 33 seine Schließstellung erreicht. In einem Block 78 erkennt der Mikroprozessorreg­ ler dies und veranlaßt in einem Block 80, daß das Magnet­ ventil 9 geöffnet wird, d. h. daß der Zugmagnet 11 wieder anzieht. Danach kehrt der Mikroprozessorregler 19 zur normalen Abarbeitung seiner Regelschleife in Block 70 zurück. Ist das Ventil jedoch nicht geschlossen worden, wird in einem Block 82 ein Alarm ausgelöst und je nach Gefährlichkeit des laufenden Prozesses zur normalen Ab­ arbeitung der Regelschleife in Block 70 zurückgekehrt oder zu einem Systemstop übergegangen.

Für den Fall, daß in Block 74 festgestellt wird, daß die Wärmeverbraucherstation 5 mit einer Leistung arbeitet, die über dem festgelegten Grenzwert liegt, d. h. bspw. ein Regelventil ist weiter offen als gewünscht oder das Ma­ gnetventil 9' ist in seiner Offenstellung, wird abgefragt, ob das festgelegte Zeitfenster, das im Bereich von einigen Stunden liegen kann, abgelaufen ist. Wenn dies noch nicht der Fall ist, wird zunächst zur Abarbeitung der Regel­ schleife in Block 70 zurückgekehrt. Wenn das Zeitfenster jedoch abgelaufen ist, hat das probeweise Schließen des als Sicherheitsventil dienenden Magnetventiles 9 zur Erhaltung von dessen Funktionsfähigkeit Vorrang und eine kurze, bestenfalls sekundenlange Unterbrechung der Dampf­ zufuhr zu dem Wärmetauscher 7 wird in Kauf genommen. Deshalb wird in Block 84 bei Ablauf des Zeitfensters unabhängig von dem Betriebszustand der Wärmeverbraucher­ station 5 zu Block 76, d. h. zum Schließen des Magnetven­ tils übergegangen.

Die von der Steuereinrichtung 19 veranlaßten Schließ­ bewegungen des Magnetventils 9 und die von dem Endschalter 13 gemeldeten Reaktionen des Magnetventils 9 werden von dem PC 21 erfaßt und mittels der Registriereinrichtung 22, die bspw. ein Datenschreiber sein kann, dauerhaft auf einem Datenträger festgehalten. Dies kann ein Papierstrei­ fen, eine Festplatte, ein Magnetband oder ähnliches sein.

In Abwandlung des oben beschriebenen Verfahrens kann die Steuereinrichtung 19 bei einem erfolglosen Versuch das Magnetventil 9 zu schließen diesen Versuch mehrere Male wiederholen. Für den Fall, daß durch Ablagerungen auf der zylindrischen Innenfläche 46, auf der der Kolben 33 mit seinem Nutring 43 gleiten muß, können unter Umständen durch mehrfache Versuche, das Magnetventil 9 zu schließen, entfernt werden, so daß die Beweglichkeit des Ventilver­ schlußgliedes, d. h. des Kolbens 33, wieder hergestellt werden kann. In diesem Fall wird die vorgegebene Zeit für die willkürlichen Schließbewegungen des Magnetventils vermindert, um weitere Ausbildungen von Ablagerungen zu vermeiden.

Bei Anlagen, bei denen das Magnetventil 9 normaler­ weise zu ist und ein periodisches Öffnen erforderlich ist, kann nach dem Ablaufplan gemäß Fig. 3 verfahren werden, wobei "auf" und "zu" sowie "öffnen" und "schließen" sinn­ gemäß zu vertauschen sind.

Bei einer außerdem abgewandelten Ausführungsform wird die Zeit überwacht, die vom Auslösen einer Schließbewegung vergeht, bis der Kolben 33 seine Schließstellung erreicht hat, d. h. bis das von dem Endschalter 13 abgegebene Signal ankommt. Der zeitliche Abstand zwischen dem Auslösen des Schließens und dem Eintreffen des Signals des Endschalters 13 kennzeichnet die Geschwindigkeit mit der das Magnetven­ til schließt. Wenn die Geschwindigkeit abnimmt, d. h. wenn der genannte zeitliche Abstand einen Höchstwert über­ schreitet, kann davon ausgegangen werden, daß Korrosion oder Ablagerungen das Schließen des Magnetventils 9 behin­ dern. In diesem Falle werden nacheinander mehrere Schließ­ bewegungen ausgelöst. Wird die Schließgeschwindigkeit des Ventils dabei erhöht, kehrt die Steuereinrichtung zu Normalbetrieb zurück. Ist dies nicht der Fall, wird dies protokolliert und ein entsprechendes Warnsignal abgegeben.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Stößel 58 weggelassen und der Endschalter 13 so angeordnet, daß er mit der Spindel 55 zusammenwirkt. Der Endschalter 13 kann auch direkt mit dem beweglichen Magnetanker 53 des Zug­ magneten 11 verbunden sein.

In Fig. 4 ist ein elektrischer Schaltplan einer etwas abgewandelten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Bei diesem System ist kein Zeitfenster vorhanden sondern das normalerweise offene Magnetventil 9 wird in regelmäßi­ gen Zeitabständen durch eine Zeitschaltuhr 91 geschlossen. Weitere Schaltungsteile, die das Magnetventil 9 bedarfs­ weise schließen können, sind nicht dargestellt. Die Zeit­ schaltuhr 91 wird von einer Phasenleitung L und einer Nulleitung N mit Strom versorgt und enthält eine Uhr 92, die einen Umschaltkontakt 93 in regelmäßigen Zeitabständen aus seiner dargestellten Stellung in seine andere Stellung bringt. In der dargestellten Stellung schließt der Um­ schaltkontakt 93 einen von dem Phasenleiter L über einen Thermostat 94 und das Magnetventil 9 zu dem Nulleiter N führenden Stromkreis. Der Thermostatschalter 94 ist ge­ schlossen, so lange eine eingestellte Grenztemperatur ϑ nicht überschritten ist. Das Magnetventil 9 ist dadurch offen, d. h. sein Elektromagnet 11 ist angezogen. Außerdem erhält ein Relais K1 Betriebsspannung über den Thermostat­ schalter 94. Ein weiteres Relais K2 ist an einen stromlo­ sen Ausgang des Umschaltkontaktes 93 angeschlossen. In der dargestellten Stellung des Umschaltkontaktes 93 erhält es keine Spannung. An dem gleichen Zweig des Umschaltkon­ taktes 93 ist der Endschalter 13 des Magnetventiles 9 angeschlossen, der über einen Kontaktsatz S1, S2, S2' eine Lampe H ansteuert. Im dargestellten Schaltzustand ist die Lampe H stromlos und somit dunkel.

Zu eingestellten Zeitpunkten schaltet die Schaltuhr 92 den Umschaltkontakt 93 um, wodurch der Zugmagnet 11 stromlos wird. Das Relais K1 ist angezogen, wodurch der Kontakt S1 geöffnet ist. Mit Umschalten des Umschaltkon­ taktes 93 erhält das Relais K2 Strom und die Kontakte S2, S2' schließen. Dadurch leuchtet die Lampe H auf. Über den nunmehr geschlossenen Kontakt S2 und den Endschalter 13 geht das Relais K2 in Selbsthaltung. Diese wird unter­ brochen, sobald der Endschalter 13 anspricht, d. h. sobald das Ventilverschlußstück 33 des Magnetventiles 9 in seine Schließstellung gegangen ist. Sobald der Endschalter 13 die Selbsthaltung des Relais K2 unterbricht, öffnen die Kontakte S2, S2', wodurch die Lampe H erlischt. Diese leuchtet damit nur für die Zeit, die das Ventilverschluß­ stück benötigt, um in seine Schließstellung zu kommen. Klemmt dieses, bleibt das Relais K2 in Selbsthaltung und die Lampe H leuchtet dauernd.

Bei einer mit einem fluiden Medium versorgten Anlage ist als Sicherheitsventil zum bedarfsweisen Absperren des Fluids ein Magnetventil vorgesehen, das bei normalem Betrieb der nachgeschalteten Anlage permanent offen sein soll. Zur Erhaltung und Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Magnetventils wird dieses in bestimmten Zeitabständen kurzzeitig geschlossen und mittels eines Endschalters geprüft, ob das Ventil auch tatsächlich geschlossen hat. Durch dieses kurzzeitige periodische Schließen des Magnet­ ventils wird nicht nur dessen Funktionsfähigkeit peri­ odisch überprüft, sondern die Funktionsfähigkeit wird dadurch erhalten. Die mechanische Bewegung des Ventilver­ schlußgliedes des Ventils in festgelegten Zeitabständen führt dazu, daß dessen Beweglichkeit erhalten bleibt. Schließlich ist es möglich, das Magnetventil 9 oder ein anderes fernbetätigtes Ventil in Abhängigkeit von der Fluidmenge kurzzeitig zu schließen, die durch das Ventil geströmt ist. Dies erhöht die Sicherheit in Systemen, bei denen die Ventilzuverlässigkeit in hohem Maße von der durchgelassenen Fluidmenge abhängt und die Stoffdurchsätze schwanken.

Claims (23)

1. Sicherheitsabsperreinrichtung zum bedarfsweisen Sperren einer Dampfströmung in einer Rohrleitung (01),
mit einem Sicherheitsventil (9), dessen Ventilver­ schlußglied (33) von einer Offenstellung in eine Schließ­ stellung überführbar ist,
mit wenigstens einem elektrisch gesteuerten Antriebs­ mittel (11), das mit dem Ventilverschlußglied (33) in Antriebsverbindung steht und mittels dessen das Sicher­ heitsventil (9) im Gefahrenfalle schließbar ist,
mit einer Steuereinrichtung (19), die mit dem An­ triebsmittel (11) verbunden und über die das Antriebs­ mittel (11) ansteuerbar ist,
wobei die Steuereinrichtung (19) derart ausgebildet ist, daß sie unabhängig von sonstigen Prozeßanforderungen in vorgegebenen Zeitabständen Ausgangssignale abgibt, durch die das Ventilverschlußglied (33) zum Erhalt seiner Beweglichkeit jeweils kurzzeitig in die Schließstellung überführbar ist,
mit einem Sensormittel (13), das an die Steuerein­ richtung (19) angeschlossen ist und ein Signal abgibt, das für die Schließstellung des Ventilverschlußgliedes (33) kennzeichnend ist.

2. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmittel (11) ein Elektromagnet ist, der das Ventilverschlußglied (33) in seine Offenstellung überführt, wenn er erregt wird und ein Arbeitsspiel ausführt.

3. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) ein das Ventil­ verschlußglied (33) auf seine Verschlußstellung zu bela­ stendes Federmittel (55) enthält.

4. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilverschlußglied (33) ein in einer zylindrischen Kammer (41) abgedichtet längs­ verschiebbar gelagerter Kolben ist, der durch eine Längs­ verschiebung von der Offenstellung in die Schließstellung überführbar ist.

5. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (9) ein Sitzventil ist.

6. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) ein Mikroprozessorregler ist, der durch ein Programm gesteuert ist.

7. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Zeitabstand durch eine Wartezeit bestimmt ist, deren Beginn von einem Signal des Sensormittels (13) ausgelöst wird und bei deren Ablauf das Ventil (9) geschlossen wird, sobald dies ohne Gefahr für das nachfolgende System ausgeführt werden kann.

8. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) oder das Sensormittel (13) mit einer Warneinrichtung ver bunden ist, die ein Warnsignal abgibt, wenn die Steuer­ einrichtung (19) ein Signal abgibt, demzufolge das Ventil­ verschlußglied (33) in seine Schließstellung geht, und das Sensormittel (13) kein der ausgewählten Stellung des Ven­ tilverschlußgliedes (33) entsprechendes Signal abgibt.

9. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) oder das Sensormittel (13) mit einer Warneinrichtung ver­ bunden ist, die ein Warnsignal abgibt, wenn das Sensor­ mittel (13) auf mehrfache Versuche der Steuereinrichtung (19), das Ventilverschlußglied (33) in seine Schließstel­ lung zu überführen, kein der Schließstellung des Ventil­ verschlußgliedes (33) entsprechendes Signal abgibt.

10. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuereinrichtung (19) zum Überführen des Ventiles (9) in seine ausgewählte Stellung abgegebene Signal eine Zeitdauer aufweist, die so gering ist, daß die in dem nachgeschalteten System ablau­ fenden Prozesse nicht gestört werden.

11. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Steuereinrichtung (19) zum Überführen des Ventiles (9) in seine Schließ­ stellung abgegebene Signal eine Zeitdauer aufweist, die der Zeitspanne entspricht, die zum Überführen des Ventil­ verschlußgliedes (33) in seine Schließstellung erforder­ lich ist.

12. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormittel (13) ein magnetisch gesteuerter Schalter ist.

13. Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (19) an eine Datenverarbeitungseinrichtung (21) angeschlossen ist, die die an das Ventil (9) gegebenen und die von den Sen­ sormitteln (13) gelieferten Signale registriert.

14. Wärmeübergabestation (5) zur Übergabe von in einem Wärmeträger enthaltener Wärmeenergie an einen Wärme­ verbraucher (7),
mit wenigstens einer Vorlaufleitung (01), die an eine Quelle unter Druck stehenden Wärmeträgers anschließbar ist und die eine Sicherheitsabsperreinrichtung nach Anspruch 1 enthält.

15. Wärmeübergabestation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rücklaufleitung (02) vorgesehen ist, die eine Sicherheitsabsperreinrichtung (9') nach einem der vorstehenden Ansprüche enthält.

16. Wärmeübergabestation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger Dampf ist.

17. Wärmeübergabestation nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeverbraucher (7) ein im Kon­ densatanstau betriebener und durch Kondensatanstau gere­ gelter Wärmetauscher ist.

18. Verfahren zur Funktionssicherung eines Sicher­ heitsabsperrventils, das eine Offenstellung und eine Schließstellung aufweist, bei dem:
das Sicherheitsabsperrventil (9) von einer Steuer­ einrichtung (19) unabhängig von dem tatsächlich geforderten Durchlaßzustand in vorgegebenen Zeitabständen zu einem Arbeitsspiel veranlaßt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sicherheitsabsperrventil (9) kurzzeitig in seine Schließstellung überführt wird, wenn die Zeitspanne, während derer es in Offenstellung war, einen vorgegebenen Zeitabstand überschreitet.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zeitabstand derart bemessen wird, daß das Sicherheitsabsperrventil (9) zu einem Zeitpunkt in seine Schließstellung überführt wird, bei dem eine über das Sicherheitsabsperrventil (9) gespeiste Anlage mit geringer Leistung betrieben wird.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß das Sicherheitsabsperrventil (9) täglich wenig­ stens einmal zu dem Arbeitsspiel veranlaßt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels eines Sensors überwacht wird, ob das Sicherheitsabsperrventil (9) das gewünschte Arbeitsspiel ausführt, und daß ein Warnsignal abgegeben wird, wenn dies nicht der Fall ist.

23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels eines Sensors überwacht wird, ob das Sicherheitsabsperrventil (9) das gewünschte Arbeitsspiel ausführt, und daß weitere Arbeitsspiele veranlaßt werden, wenn dies nicht der Fall ist.