DE2731804B2 - Sicherheitseinrichtung für Tanks für verflüssigtes Gas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung für Tanks für verflüssigtes Gas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Gastankern und dergleichen ist es bekannt, die Tanks mit Sicherheitsventilen auszurüsten, die durch PilotventUe gesteuert sind, wobei sich die Sicherheitsventile bei einem vorbestimmten Ansprechdruck öffnen. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Sicherheitseinrichtungen der eingangs genannten Art wie sie aus einem Prospekt der Fa. Anderson, Greenwood & Co, USA bekannt sind, verwendet

Auf Grund der Bestimmungen der IMCO A328 (IX) Kap. XV (XV.I) dürfen die Tanks von Gastankern nur soweit gefüllt werden, daß die Ladung beim Ansprechdruck der Sicherheitsventile nicht mehr als 98% des geometrischen Tankvolumens einnimmt, auch wenn eine Rückverflüssigungsanlage bzw. eine Anlage zum Konstanthalten des Drucks vorgesehen ist Folglich können bei Volldruck- und SemidmcktaWkern die mit Sicherheitsventilen, deren Ansprechdruck beispielsweise bei 5,5 bar liegt, ausgerüsteten Tanks bei Übernahme von tiefgekühltem Flüssiggas, dessen Sättigungsdruck unmittelbar nach dem Laden bei ca. 1 bar liegt nur soweit gefüllt werden, daß bei 5,5 bar die Tanks maximal 98% gefüllt wären, um ein Überfüllen der Tanks durch Erwärmung der Ladung etwa im Falle eines Feuers zu verhindern. Die Ausdehung als Folge der Wärmestrahlung im normalen Betrieb wird durch eine Rückverflüssigungsanlage verhindert. Eine derartige Einschränkung der Füllrate bedeutet je nach Art des Flüssiggases einen Verlust an Ladevolumen bis zu 15%.

Eine Möglichkeit, diesen Verlust an Ladevolumen

auszuschalten, wird durch die IMCO-Bestimmungen Paragraph 83 vorgeschlagen, wonach neben einer Rückverflüssigungsanlage auch ein Sicherheitsventil vorgesehen werden muß, daß im Falle von Feuer ϊ aktiviert wird und bei einem niedrigeren Druck im Vergleich zu demjenigen des normalen Sicherheitsventils anspricht Dieser Ansprechdruck wäre dann der Referenzdruck für die Berechnung der Reduzierung des Ladevolumens. Die Verwendung von zwei Sicherheitsventilen mit unterschiedlichen Ansprechdrücken nebeneinander ist jedoch nicht ohne weiteres möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der in einfacher Weise ein bestimmter Anpreßdruck eingestellt werden kann, der bei Auftreten einer Gefahr, z. B. Feuer, automatisch entfällt

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst
Durch den zusätzlichen Gasdruck wird am Abblaseventil erst der vorbestimmte Anpreßdruck eingestellt während durch das Auslösen der Entlastungseinrichtung etwa durch Feuer (aber gegebenenfalls auch aus anderen Gründen, etwa durch Fernbedienung von der Brücke des Tankers aus) der zusätzliche Gasdruck praktisch unmittelbar entfällt wodurch das Abblaseventil durch den Ansprechdruck im Taik direkt geöffnet wird. Dies ermöglicht es auch, den Verlust an Laderaum minimal zu halten.
Eine derartige Sicherheitseinrichtung benötigt keinen größeren technischen Aufwand und macht insbesondere Gebrauch von den bereits vorhandenen hilfsgesteuerten Abblaseventilen, die zu diesem Zweck im wesentlichen nur an die Einrichtung zum Beaufschlagen des Ventilelementes mit einem zusätzlichen Gasdruck

r> angeschlossen werden müssen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Aus der FR-PSen 15 48 929 und 14 69 124 sind ferner Sicherheitseinrichtungen bekannt, die nur einen Teil der Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweisen und daher auch nicht die genannte Aufgabe zu lösen vermögen.

F i g. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung.

Fig.2 zeigt eine Schmelzsicherung, wie sie bei der Sicherheitseinrichtung von F i g. 1 verwendbar ist

Die in F i g. 1 dargestellte Sicherheitseinrichtung weist ein Abblaseventil 10 auf, das über einen Flansch 11 und eine Dichtung 12 mit einem Flansch 13 eines mit

5n einem Tank verbundenen Rohrstutzens verbunden ist. An den Flansch 11 des Abblaseventil 10 schließt sich ein Ventilgehäuse 14 an, das über eine Dichtung 15 mit einem Ventildeckel 16 verschlossen ist dem im Inneren des Ventilgehäuses 14 der Ventilsitz 17 gegenüberliegt Von dem Ventildeckel 16 zum Ventilsitz 17 erstreckt sich eine Führungshülse 18, in der ein Ventüelement (Ventilkolben) 19 verschiebbar angeordnet ist das an der dem Ventilsitz 17 zugewandten Seite eine Ringdichtung 20 zum dichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz 17 und an der gegenüberliegenden Stirnseite eine Stellschraube 21 aufweist mit der der Hub des Ventilkolbens 19 einstellbar ist. Durch Abheben des Ventilkolbens 19 aus seinem dichtenden Eingriff mit dem Ventilsitz 17 kann Gas von dem Ventileinlaß 21 zum Ventilauslaß 22 strömen. Der Ventilauslaß 22 kann über einen Flansch 23 mit einer Abführleitung verbunden sein.

Der Tankinnendruck wirkt einmal gegen die Stirnsei-

te 24 des Ventilkolbens 19, die dem Ventilsitz 17 zugekehrt ist, und ferner über eine Umgangsleitung 25 ruf die gegenüberliegende Stirnseite 26 des Ventilkolbens 19, die größer als die Stirnfläche 24 ist Hierdurch wird das Abblaseventil 10 vom jeweiligen Tankinnendruck geschlossen, wobei die Schließkraft mit steigendem Tankinnendruck ansteigt In der Leitung 25 sind ein Rückschlagventil 27 sowie eine einstellbare Reduzierblende 28 und eine Festblende 29 angeordnet

Das Abblaseventil 10 wird durch ein Pilotventil 30 gesteuert, dar eine Verstärkungsringkammer 31 aufweist, die über eine Leitung 32 mit der Umgangsleitung 25 verbunden ist, wobei die Leitung 32 zwischen der einstellbaren Reduzierblende 28 und der Festblende 29 von der Umgangsleitung 25 abzweigt Zusätzlich führt eine Leitung 33 von der Umgangsleitung 25 vor der einstellbaren Reduzierblende 28 zu einer Vergleichskammer 34 des Pilotventils 30. Die Vergleichskammer 34 Sieht somit immer unter dem Tankinnendruck. Die Vergleichskammer 34 ist von der Verstärkung-ringkammer 31 durch eine Verstärkermembrane 35 getrennt, während die Verstärkungsringkammer 31 ferner durch eine Vergleichsmembrane 36 begrenzt ist Das Pilotventil 30 besitzt ferner eine Pilotfeder 37, die einen Pilotkolben 38 gegen einen Pilotsitz 39 drückt, wobei der Pilotkolben 38 zwei Platten 40, 41 aufnimmt, zwischen denen die Vergleichsmembrane 36 verläuft, während sich die Verstärkermembrane 35 von inten gegen die Platte 41 legt Die Platte 40 besitzt einen kleineren Durchmesser als die Platte 41. Der Pilotkolben 38 nimmt ferner eine Dichtmembrane 42 auf, durch die die Vergleichskammer 34 begrenzt wird. Ein Pilotauslaß 43 schließt sich an den Pilotsitz 39 an und ist mit dem Ventilauslaß 22 und ferner über einen Rückschlagventil 44 mit der Umgangsleitung 25 verbunden. Ferner ist die Umgangsleitung 25 hinter der Festblende 29 mit dem Pilotventil 30 zur Beaufschlagung des Pilotsitzes 39 verbunden.

Der weiche Pilotsitz 39 öffnet sich, wenn die aus den Drücken resultierenden Kräfte auf den Pilotsitz 39 und die Verstärkermembrane 35 abzüglich der Kraft auf die Dichtemembrane 42 größer sind als die Kraft der Pilotfeder 37. Die Kräfte auf den Pilotsitz 39 und die Dichtmembrane 42 sind dabei vernachlässigbar klein.

Der Ansprechdruck des Abblaseventils 10 ist der Druck, bei dem der auf die wirksame Fläche der Vergleichsmembrane 36 wirkende Druck eine die Kraft der Pilotfeder 37 übersteigende Gegenkraft erzeugt Bei diesem Druck hebt der Pilotsitz 39 leicht ab, so daß ein geringer Gasstrom das Pilotventil 30 und den Pilotauslaß 43 durchströmt

Hierdurch erfolgt ein Druckabfall an der einstellbaren Reduzierblende 28, so daß der Druck der Verstärkungsringkammer 31 zwischen der Verstärkungs- und der Vergleichsmembrane 35 bzw. 36 abnimmt. Obwohl es sich nur um eine kleine Druckabnahme handelt bewirkt sie aufgrund der Membranflächen ein schnelles öffnen des Pilotventils 30. Bei voll geöffnetem Pilotventil 30 und vollem Durchfluß durch die einstellbare Reduzierblende 28 und die Festblende 29 erfolgt ein hoher Druckabfall an der Stirnseite 26 des Ventilkolbens 19, wodurch der anstehende Druck des Tanks überwiegt und den gesamten Querschnitt des Abblaseventils 10 unverzögert freigibt.

Der Durchfluß hält an, bis der Druck im Tank reduziert ist und die Kraft der Pilotfeder 37 größer als die auf die Pilotfeder 37 ausgeübten Kräfte der «'ird. Wenn Hie Pilotieder 37 den Pilotkolben 38 herunterdrückt, wild der Durchfluß durch die einstellbare reduzierblende 28 verringert der Druckverlust sinkt im gleichen Maße, wie der Druck in der Verstärkungsringkammer 31 steigt und bewirkt ein unverzögertes Schließen.

Der Ansprechdruck, & h. der Druck, bei dem die Kraft der Pilotfeder 37 größer als die Aufwärtskräfte der Membranen 35, 36 wird, kann durch Änderung des Druckverlustes an der einstellbaren reduzierblende 28

to und der dadurch hervorgerufenen Druckänderung in der Verstärkungsringkammer 31 eingestellt werden.

Ferner ist eine Inertgasquelle, beispielsweise eine Stickstoffflasche 50 vorgesehen, die über ein Reduzierventil 51 und eine Leitung 52 mit der Umgangsleitung 25 hinter der Festblende 29 verbunden ist Das Reduzierventil 51 dient zum reduzieren des Druckes der Inertgasquelle 50 auf den gewünschten Wert Der gewünschte Wert muß niedriger als der Anpreßdruck des Pilotventils 30 liegen, da dieses sonst ansprechen würde, aber auch möglichst hoch, um eine bessere Abdichtung des Ventilkolbens 19 zu erzielen. Ferner ist die Leitung 52 mit einem Sicherheitsventil 53 verbunden, das zur Verhinderung eines Druckaufbaus in der Leitung 52 über den vorgesehenen Anpreßdruck dient Die Leitung 52 weist ferner dem Reduzierventil 51 nachfolgend ein Rückschlagventil 54 und eine Drossel 55 auf. Von der Leitung 52 zweigt eine Leitung 56 ab, die über Schmelzsicherungen 57 mit dem Ventilaustritt 22 verbunden ist Die Schmelzsicherungen 57 sind in der

Nähe des Tanks an verschiedenen Stellen angeordnet

Das Pilotventil 30 ist derart eingestellt, daß es das Abblaseventil 10 bei dem vorgeschriebenen Ansprechdruck im Tank öffnet Bei Zerstörung einer Schmelzsicherung 57 etwa im Falle des Ausbruchs von Feuer wird

j5 der Raum über dem Ventilkolben 19 entlüftet ohne daß der Pilotkolben 38 geöffnet wird. Aufgrund der Entlüftung öffnet der Ventilkolben 19 trotzdem. Hierbei kann sogar etwa etwas Gas aus dem Tank über die Umgangsleitung 25 und die Leitung 56 über die zerstörte Schmelzsicherung 57 in die Abblaseleitung 22 ausströmen. Das Abblaseventil 10 wird somit über eine zerstörte Schmelzsicherung 57 unterhalb des normalerweise vorgesehenen Anpreßdrucks geöffnet Ansonsten liefert jedoch die Inertgasquelle 50 eine zusätzliche

Druckbeaufschlagung für den Kolben 19.

Durch die Drossel 55 wird erreicht daß bei geöffnetem Pilotventil 30 und einer zerstörten Schmelzsicherung 57 mehr Stickstoff abströmen kann, als nachgeliefert wird, so daß der Druck in der Leitung 52 und damit auch über dem Kolben 19 des Abblaseventils 10 abfällt

Sollte der Druck in der Leitung 52 z. B. beim Versagen des Druckreduzierventils 51 höher als der eingestellte Anpreßdruck des Pilotventils 30 werden, dann wird das Pilotventil 30 den Druckraum über dem Kolben 19 entlasten, als ob der Druck im Tank bis zum Ansprechdruck angestiegen wäre, so daß sich das Abblaseventil 10 öffnen kann. Durch die zusätzliche Druckbeaufschlagung aus der Inertgasquelle 50 wird daher die Sicherheitsfunktion der Sicherheitseinrichtung, bestehend aus Abblaseventil iO und Pilotventil 30, in keiner Weise beeinträchtigt

Das Rückschlagventil 54 dient zur Verhinderung eines Rückflusses, wenn der Druck im Tank über den

bi Gasdi uck in der Leitung 52 ansteigt. Die Inertgasquelle 50 kann mit verschiedenen anderen Abblaseventilen über entsprechende Leitungen 52', 52" mit entsprechenden Rückschlagventilen 54', 54" bzw. Drosseln 55', 55"

zusätzlich verbunden sein.

Eine Schmelzsicherung 57, wie sie in der Sicherheitseinrichtung von F i g. 1 verwendet werden kann, ist in F i g. 2 dargestellt Sie besteht aus einem an einem Ausgang verschlossenen T-Stück 59, das an die Leitung 56 über ein Anschlußstück 60 angeschlossen wird. In das AnschluDstück 60, das dicht mit dem T-Stück 59 verschraubt ist, ist innerhalb des T-Stücks 59 eine Schraube 6t eingeschraubt, die eine Bohrung 62 aufweist, die sich konisch zum Verbindungsstück 60 hin öffnet In der Bohrung 62 befindet sich ein eingegossenes Lot 63, das beispielsweise einen Schmelzpunkt zwischen 98° C und 104⁰C aufweist und bei Anspruch von Feuer durch die Erwärmung schmilzt, so daß der Strömungsweg für das Gas aus der Inertgasquelle 50 durch die Leitung 5S, dss Verbindungsstück 60, die Schraube 61, das T-Stück 59 zu dem Ventilaustritt 22 freigegeben wird.

Um eine zerstörte Schmelzsicherung 57 ersetzen zu können, ist ein mit Hand betätigbares Ventil 64 in der Leitung 56 stromaufwärts von den Schmelzsicherungen 57 vorgesehen.

An Stelle der Schmelzsicherungen 57 von F i g. 2 können auch andere auslösbare Einrichtungen verwendet werden, die durch Temperatureinwirkung, Fern-

i» steuerung oder Handbedienung auslösbar und gegebenenfalls zusätzlich zu den Schmelzsicherungen 57 vorgesehen sind.

Mit einer derartigen Sicherheitseinrichtung kann auf einfache Weise der Verlust an Laderaum minimal gehalten werden.

Beispiel Geometrisches Tankvolumen V = 100 m³

geforderter Anpreßdruck der

Sicherheitseinrichtung ρ = 5,5 bar

geforderter Anpreßdruck

der Sicherheitseinrichtung

im Brandfall ρ — 1,4 bar

Ladung PROPAN

Ladungstemperatur

Sättigungsdruck

Dichte bei:

ρ — 5,5 bar

ρ = 1,4 bar
p= 1,137 bar

to 40⁰C

ρ = 1,137 bar

γ - 523 kg/m³ = d_R

γ - 574 kg/m³

γ - 579 kg/m³ = d_L

a) zulässige Füllrate bei Verwendung einer Sicherheitseinrichtung, die nur aus Abblaseventil und Pilotventil besteht:

V₁ = 0,98 · V ■ -^- = 0,98 · 100 · -^- = 88,52 m³ Verlust = · 100 = 9,7%

7O

b) zulässige Füllrate bei Verwendung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung:

V = 0,98 · 100 · -521 = 97,16 m³

Verlust = ■ 100-1%
98

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Sicherheitseinrichtung für Tanks für verflüssigtes Gas, insbesondere Schiffstanks, mit einem hilfsgesteuerten Abblaseventil, dessen Ventilelement von einer Seite von dem Gasdruck im Tank und von der anderen Seite (Anpreßseite) von der HilfsSteuerung mit einem Anpreßdruck, der das Ventüelement gegen den Ventilsitz drückt, derart beaufschlagt wird, daß das Ventüelement bei Oberschreiten eines vorbestimmten Ansprechdrucks im Tank mit dem Ventilsitz außer Eingriff gerät, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventüelement (19) auf der durch die HilfsSteuerung beaufschlagten Anpreßseite (26) mit dem Gasdruck einer zusätzlichen Druckquelle (SO) zur Aufrechterhaltung des vorbestimmten Anpreßdruckes beaufschlagt ist, wobei der Gasdruck der zusätzlichen Druckquelle (SO) durch eine bei erhöhter Temperatur ausgelöste Entlastungseinrichtung (57), die mit der Auslaßseite (22) des Ventilelementes (19) verbunden ist, abgebaut wird.

2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Druckquelle (50) eine Inertgasquelle ist, die über ein Rückschlagventil (54) und gegebenenfalls eine Drossel (55) mit der Anpreßseite (26) des Ventilelements (19) verbunden ist

3. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung (57) aus Schmelzsicherungen besteht