DE2143939C3

DE2143939C3 - Berstsicherung aus Graphit

Info

Publication number: DE2143939C3
Application number: DE19712143939
Authority: DE
Inventors: Hans 8851 Kuehlenthal Linder; Erwin 8901 Meitingen Schwarz
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1971-09-02
Filing date: 1971-09-02
Publication date: 1979-11-15
Also published as: DE2143939B2; IT964210B; DE2143939A1; FR2316845A5; GB1338747A

Description

Die Erfindung betrifft eine Berstsicherung aus Graphit

Berstsicherungen werden zur Sicherung von abgeschlossenen Räumen, in denen mit einem spontanen Druckanstieg, Verpuffungen oder auch Explosionen zu rechnen ist, verwendet, insbesondere dann, wenn die Wirksamkeit von Sicherheitsventilen durch Verlausten, Verkleben oder durch Korrosion beeinträchtigt wird. Aus Metallen hergestellte Berstsicherungen s;ind in Gegenwart korrodierender Medien nur beschränkt verwendbar und wegen der Temperaturabhängigkeit der statischen Festigkeit und vor allem der Wechselfestigkeit ist es darüber hinaus nicht möglich, Berstsicherungen mit einer über einen größeren Temperaturbereich konstanten Berstfestigkeit herzustellen.

Berstsicherungen aus Kohlenstoff oder Graphit weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Die herstellungsbedingt porösen Graphitkörper werden zur Abdichtung mit Kunstharzen, wie Phenol-, Fomialdehydharzen oder Furanharzen imprägniert und die Zersetzungstemperaturen der Imprägnierharze bestimmen die maximal erreichbare Einsatztemperatur. Ein weiterer Nachteil von kunstharzimprägnierten ßerstsicherungen besteht darin, daß die Festigkeit mit zunehmender Temperatur beträchtlich abnimmt, bei einer Temperatursteigerung von 0 auf 150' C im Durchschnitt um ca. 20%. Der Betreiber von mit Berstsicherungen aus imprägniertem Graphit ausgestatteten Behältern ist so gezwungen, für jede Betriebstemperatur besondere Berstscheiben bereitzuhalten.

Nach der deutschen Auslegeschrift 12 09 388 ist es bekannt, Graphitscheiben für Berstsicherungen mit einer Schicht aus Pyrokohlenstoff zu überziehen. Pyrokohlenstoff ist gasundurchlässig, temperaturbeständig und die Festigkeit ist bis zu Temperaturen von etwa 1000⁰C praktisch unabhängig von der Temperatur. Die Abscheidung von Pyrokohlenstoff beschränkt sich jedoch nicht auf die Oberfläche der Graphitscheibe, ein Teil des Kohlenstoffs wird vielmehr im Innern der Scheibe an den Porenwandungen abgelagert. Der Umfang derartiger die Festigkeit der Graphitscheibe beeinflussender Ablagerungen wird vorzugsweise durch die Porenstruktur des Graphits sowie durch die Reaktionsbedingungen bestimmt und, da diese Faktoren eine größere Schwankungsbreite aufweisen, variiert auch die Bruchfestigkeit von mit Pyrokohlenstoff beschichteten Graphitscheiben beträchtlich, wodurch vor allem die Berechnung des jeweiligen Berstdrucks unmöglich wird.

Es ist weiter bekannt, aus Graphitscheiben bestehende Berstsicherungen mit einer Glaskohlenschicht zu überziehen. Glaskohlenschichten werden dadurch hergestellt, daß flüssige Kunstharze, z. B. Phenol-, Formaldehydharz, auf Graphitscheiben aufgetragen und in situ ausgehärtet und karbonisiert werden. Die flüssigen Harze dringen ebenfalls zum Teil in das Porensystem des Graphits ein und erhöhen dessen Festigkeit in einem nicht berechenbaren Ausmaß.

Die bekannten Berstsicherungen weisen einen Nachteil gemeinsam auf, nämlich die kombinierte Beanspruchung der zentralen Berstscheibe oder -membran durch Biege- und Scherkräfte. In der Regel überwiegen Biegespannungen, wobei die größten Kräfte in einem die Membran nach außen begrenzenden Kreisring sowie in deren Zentrum auftreten. Wegen des großen hoch beanspruchten Volumenanteils ist auch die für Sprödkörper, wie Graphit, dem Volumen proportionale Bruchwahrscheinlichkeit sehr groß und durch Fehlstellen unterhalb des Nenndrucks ausgelöste Betriebsunterbrechungen und Stoffverluste bedingende Brüche der Berstsichering sind unvermeidbar. Bei großen Membran- oder Scheibenstärken ergeben sich zudem als Folge von Radialspannungen beträchtliche Flanschmomente im Einspannbund, wodurch die Ansprechgenauigkeit abnimmt.

Wesentliche Nachteile von Berstsicherungen aus Metallen sind die oftmals nicht befriedigende Beständigkeit gegen korrodierende Medien und vor allem bei einer erhöhten Temperatur die Verformung der folienartigen Berstscheibe. Durch die DE-OS 11 45 881 ist es bekannt, die durch Verformung der Berstscheibe bedingte Änderung des Berstdrucks dadurch auszuschalten, daß auf der druckzugewandten Seite der Berstscheibe eine in axialer Richtung bewegliche Scherplatte angeordnet ist, die mit einer kreisförmigen Schneide ün der Berstscheibe anliegt. Die Scherplatte ist mit kleinen öffnungen versehen, so daß unter normalen Betriebsbedingungen der Druck auf beiden Seiten der Platte gleich ist. Steigt etwa durch eine Explosion der Druck in dem zu schützenden Behälter schnell an, wird die Platte mit der Schneide gegen die Berstscheibe gedrückt, da ein Druckausgleich unter diesen Bedingungen nicht möglich ist und die Berstscheibe reißt. Auf keramische Werkstoffe ist diese für plastische metallische Werkstoffe vorteilhafte Lehre wegen der großen Sprödigkeit keramischer Stoffe nicht übertragbar.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile der bekannten Berstsicherung zu vermeiden, die Streuung der effektiven Berstdrücke zu verkleinern und Berstsicherungen mit großer temperaturunabhängiger Berstgenauigkeit anzugeben.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß

bo durch die im Hauptanspruch angegebene Ausbildung der Berstsicherung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine in die Ausnehmung eines Berstkörpers eingreifende und in dieser frei beweglichen Druckscheibe bei zweckmäßi-

h5 ger Gestaltung ausschließlich auf die konstruktiv bestimmte Sollbruchstelle überträgt und diese auf Abscheren beansprucht wird. Da in der auf Scherung beanspruchten kreisringförmigen Sollbruchstelle das

Volumen des beanspruchten Materials sehr viel kleiner ist als bei Beanspruchungen einer Membran oder Scheibe auf Biegung, wird die Gefahr eines vorzeitigen Bruches infolge vcn Fehlstellen im Material wesentlich vermindert Die Erfindung nutzt zudem die fertigungstechnisch bedingte größere strukturelle Gleichförmigkeit der Randzonen von stranggeprebten, als Rohlinge für Berstscheiben dienenden Graphitkörpern, indem allein diese Zonen mit Scherspannungen beaufschlagt werden.

Nach einar bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Berstkörper in axialer Richtung eine durchgehende Bohrung auf und die Druckscheibe liegt an einem am Innenumfang des Berstkörpers vorgesehenen Anschlag an.

Die druckzugewandten Flächen von Berstkörper und Druckscheibe sind mit einer gasundurchlässigen Folie belegt Dadurch entfallen das Imprägnieren von Berstkörper und Druckscheibe, sowie bei durchbohrten Berstkörpern Dichtungselemente zwischen diesen Teilen. Geeignete gasundurchlässige Folien bestehen z. B. aus Polytetrafluoräthylen, Silber und anderen korrosions- und temperaturbeständigen Metallen, insbesondere aus flexiblem Graphit

Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist zwischen Berstkörper bzw. Druckscheibe und Folie eine Trägerschicht aus einem steifen Werkstoff wie Asbest oder Papier angeordnet Durch derartige Trägerschichten wird das Fließen der Folie in den Ringspalt zwischen Berstkörper und Druckscheibe jo verhindert und die Bewegung der Druckscheibe in der Ausnehmung des Berstkörpers nicht behindert

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Berstsicherung bestehen insbesondere darin, daß die Streuung der effektiven Berstdrücke beträchtlich kleiner als die von j5 bekannten aus Graphit bestehenden Berstsicherungen ist, wodurch die Betriebssicherheit von Reaktionsapparaten erhöht und Stoffverluste durch vorzeitigen Bruch der Sicherung vermieden werden. Da die Festigkeit von Folie und Trägerschicht wegen ihrer geringen Stärke der Berstfestigkeit praktisch nicht beeinflussen, ist diese von der Temperatur nahezu unabhängig.

Die vorgeschlagene Ausführung hat weiterhin den Vorteil, daß die Bearbeitungstoleranz nur linear in den Berstdruck eingeht, während bei Biegebeanspruchungen eine quadratische Abhängigkeit besteht Ein anderer Vorteil gegenüber bekannten Berstsicherungen besteht darin, daß Radialspannungen, die beim Einspannen infolge unebener Dichtungsflächen auftreten, sxh nicht zu den Scherspannungen addieren und die Ansprechgenauigkeit der Berstsicherung nicht nachteilig beeinflussen.

Die Erfindung wird in den folgenden Figuren beispielhaft erläutert

In F i g. 1 ist 1 ein aus Graphit bestehender Berstkörper mit der zylindrischen Ausnehmung 2, in der die ebenfalls aus Graphit bestehende Druckscheibe 3 eingeführt ist Die Druckscheibe 3 liegt mit dem kreisringförmigen Anschlag 4 an dem scheibenförmigen Zentralteil 5 des Berstkörpers an. 6 ist eine Asbestscheibe und 7 eine Folie aus Polytetrafluorethylen. Die Teile 6 und 7 sind mit einem Kunstharzkitt untereinander und wie die Dichtungsringe 8 mit dem Berstkörper verklebt

Der Berstkörper 1 in F i g. 2 weist eine durchgehende Bohrung 9 mit dem kreisringförmigen Anschlag 10 auf. Die zylindrische Druckplatte 3 stützt sich gegen den Anschlag IO ab und zum Schutz gegen Witterungseinflüsse ist die der freien Atmosphäre zugewandte Fläche der Berstsicherung mit einer Polyäthylenfolie versehen.

Die folgende Tabelle gibt die Ergebnisse von Berstversuchen wieder. Je zehn erfindungsgemäße Berstsicherungen und bekannte Berstscheiben aus kunstharzimprägniertem Graphit wurden bei je zwei Temperaturen bis zum Bruch belastet.

	NW	Berechnungs druck (20 C) ata	Tempe ratur	Mittl. Berstdruck	Standard- abweichg.
Berstsicherung gemäß der Erfindung Berstscheibe, kuns'.harzimprigniert	100 mm 100 100 100	2 kp/cm² 2 2 2	20 C 300 20 150	2,0 kp/cm² 2,0 2,0 1,8	4% 3 7 8
	Hierzu	2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Berstsicherung mit zylindrischer Ausnehmung aus Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß eine in der Ausnehmung (2) eines Berstkörpers (1) geführte, in axialer Richtung frei verschiebbare Druckscheibe (3) an dem Berstkörper mit einer kreisringförmigen Fläche anliegt, diese Fläche unter Last auf Scherung beansprucht ist und die druckzugewandten Rächen des Berstkörpers und der Druckscheibe mit einer gasundurchlässigen Folie (7) belegt sind.

Z Berstsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasundurchlässige Folie (7) aus flexiblem Graphit besteht

3. Berstsicherung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen 3erstkörper (i) bzw. Druckscheibe (3) und Folie (7) eine Trägerschicht (6) aus einem steifen Werkstoff, wie Asbest oder Papier, angeordnet ist