DE3628192A1 - In eine rohrleitung einfuegbare schnellschlusseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schnellschlußeinrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Eine derartige Schnellschlußeinrichtung ist für Meß- und Impulsleitungen zur Steuerung und Betriebsüberwachung von Druckleitungssystemen und für Abnehmeranschlußleitungen zur Versorgung von Verbrauchseinrichtungen vorgesehen und insbesondere für den Einsatz in Gastransportleitungen ge­ eignet.

Die besonderen Gefahren, die von Anlagenteilen in Hoch­ druck-Leitungssystemen für den Transport von Erdgas aus­ gehen können, wenn sie den Schutzbereich der Leitungszone verlassen, gaben den Anlaß für die Entwicklung dieser Einrichtung.

Es ist Stand der Technik, in Leitungsabzweigen (z.B. Meß­ leitungen), die den Schutzbereich der Hauptleitung ver­ lassen, Absperrarmaturen vorzusehen. So sind beispielswei­ se in einigen Rohrnetzen jeder Streckenabsperrarmatur zwei Druckmeßstellen zugeordnet. Meßleitungen für mehr als 4 bar zulässigen Betriebsdruck erhalten Absperreinrichtun­ gen. Diese Absperreinrichtungen (Kugelhähne oder Schie­ ber), die in Abhängigkeit von den betrieblichen Gegeben­ heiten in "Offen- oder Geschlossen-Stellung" stehen, sind ausschließlich manuell zu betätigen.

Sind die Meßstellen an ein Fernwirkanlagen-System ange­ schlossen, befinden sich die Absperreinrichtungen in "Offen-Stellung". Die bis in die Schaltschränke geführten Meßleitungen stehen unter Betriebsdruck, d.h., im Scha­ densfall wird eine Gasausströmung solange anhalten, bis der Entstörungsdienst vor Ort die Absperrung vornehmen kann. Hierbei können noch erhebliche Verzögerungen eintre­ ten, wenn die bis an die Geländeoberfläche geführten Be­ dienungselemente infolge parkender Fahrzeuge nicht sofort zugänglich sind.

Der im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatisch ar­ beitende Schnellschlußeinrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, mit der die von den Transportleitungen für die Betriebsüberwachung und -steuerung abzweigenden Leitungen gegen Gasaustritt gesichert werden können.

Der Schnellverschluß bildet dabei eine sicherheitstechni­ sche Einrichtung, die schlagartig anspricht, wenn der im Normalbetrieb maximal auftretende Volumenstrom wesentlich überschritten wird, d.h. die Einrichtung wird sofort wirk­ sam, wenn im nachgeschalteten Leitungssystem eine Beschä­ digung eintritt.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet insbesondere bei Gas­ leitungen, die aus der Schutzzone der Hauptleitung in zu­ gängliche Bereiche bis an die Geländeoberfläche in Stra­ ßenkappen oder darüber hinaus in Schaltschränke geführt werden, einen besonderen Gewinn an Sicherheit. Diese Lei­ tungen sind durch Bauarbeiten und den Straßenverkehr be­ sonders gefährdet.

Obwohl es sich hier in der Regel nur um Leitungen mit der Abmessung DN 25 handelt, ist in Stadtgebieten bereits die Beschädigung einer Meßleitung im Mitteldrucknetz (z.B. bei 250 mbar) ein Schadensereignis, das erfahrungsgemäß den Einsatz der Feuerwehr und Polizei zur Folge hat.

Ein weitaus schlimmeres Ereignis wäre dabei noch die Be­ schädigung einer Meßleitung an den Kugelhahngruppen einer Gashochdruckleitung. An jeder Kugelhahngruppe führen zwei Meßleitungen DN 25 mit hohen Betriebsdrücken, beispiels­ weise 40 bar, aus dem Schutzbereich der Hauptleitung heraus bis in den Hydraulikschrank. Im ungünstigen Fall, z.B. bei einem schweren Verkehrsunfall, könnten zwei Meß­ leitungen gleichzeitig zerstört werden.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung sind insbesondere auch die mit dem Betrieb von Druckgasleitungen für mehr als 16 bar Betriebsdruck verbundenen Sicherheitsauflagen erfüllbar. Sicherheitstechnisch besonders wirkungsvoll ist der Einsatz dieser Einrichtung in Mitteldrucknetzen (zul. Betriebsdruck 1 bar) sowie in Hochdrucknetzen bis PN 16 und über PN 16. In diesen Betriebsbereichen bildet der Einsatz einer derartigen "selbsttätigen Gasaustritts­ sperre" einen bedeutenden Beitrag zur Erhöhung der öffent­ lichen Sicherheit.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ersetzt die herkömmlichen Sicherheitseinrichtungen bei Gasleitungen. Sie ist sicher­ heitstechnisch wirkungsvoller und durch ihre robuste Kon­ struktion weniger störungsanfällig. Mit dem Einsatz dieser Einrichtung sind außerdem direkt Kosteneinsparungen er­ reichbar, weil sie kostengünstiger installiert werden kann als die herkömmlichen Sicherheitseinrichtungen und der laufende Instandhaltungsaufwand entfällt.

Konstruktiv vorteilhaft sind insbesondere folgende Weiter­ bildungen der Erfindung:

Durch die Führung des die Dichtung tragenden Kolbens durch ein gesondertes Gleitrohr ist die Leichtgängigkeit der Vorrichtung und damit ein sicheres Ansprechen gewährlei­ stet. Insbesondere wird ein Verkanten des Kolbens und da­ mit ein Verklemmen verhindert. Die sich T-Förmig verzwei­ gende Durchtrittsöffnung durch den Kolben hindurch zur Dichtungsseite hin ermöglicht einerseits, daß die Dich­ tungsfläche an der Stirnfläche des Kolbens verhältnismäßig groß bemessen werden kann und verhindert andererseits, daß der Kolben durch das austretende Medium und eine etwa resultierende Düsenwirkung einen Abtrieb entgegengesetzt zur Schließrichtung erhält.

Durch die Ausbildung als Schweißkonstruktion aus Drehtei­ len ist eine rationelle und damit kostengünstige Fertigung möglich.

Bei einer zweiteiligen Konstruktion läßt sich das Gehäuse nach Einlegen des Schließkolbens mit einer einzigen Schweißnaht verschließen.

Durch einen in die Stirnfläche des Schließkolbens einge­ legten elastischen Dichtring ergibt sich ein sicherer Verschluß bei einseitigem Druckabfall.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.

Die einzige Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel der er­ findungsgemäßen Schnellschlußeinrichtung im Querschnitt.

Die Einrichtung besteht aus einem Gehäuseoberteil 1 und einem Gehäuseunterteil 2, die als Drehteile ausgeführt und mittels einer Schweißnaht 3 miteinander verbunden sind. Das Gehäuseunterteil weist eine Öffnung 4 auf, die mit einem Stutzen 5 versehen ist, welche an ein gestrichelt dargestelltes Druckrohr von entsprechendem Querschnitt (1′′) durch Verschweißen anschließbar ist. Das Gehäuseober­ teil 1 überlappt einen Ansatz 7 des Gehäuseunterteils, dessen Stirnfläche den Weg eines Schließkolbens 8, der in einem von den beiden Gehäuseteilen 1 und 2 umschlossenen Hohlraum verschieblich gelagert ist, in Richtung auf die Öffnung 4 begrenzt. Der Ansatz 7 des Gehäuseunterteils bildet außerdem die Schweißbadsicherung für die Gehäuse­ schweißnaht. Das Gehäuse ist auf diese Weise ohne lösbare Verbindungen oder Gehäuseabdichtungen als metallisch ein­ stückiger hermetisch geschlossener Behälter geformt.

Der zylindrisch ausgebildete Kolben 8 gleitet mit seiner Außenfläche an der ebenfalls zylindrisch ausgebildeten In­ nenfläche eines Gleitrohrs 9, welches in das Gehäuseober­ teil 1 eingefügt und zwischen den Stirnflächen des Gehäu­ seober- und unterteils gehalten ist. Der Kolben 8 weist eine Stirnfläche 10 auf, in die ein O-Ring aus elasti­ schem, gasbeständigem Material als Dichtungsring eingefügt ist.

In der zweiten - oben befindlichen - Endstellung des Kol­ bens 8 liegt dessen Stirnfläche mit dem O-Ring 11 an einer entsprechend angepaßten inneren Stirnfläche 12 des Gehäu­ seoberteils 1 dichtend an, wobei innerhalb des vom O-Ring 11 umgebenen Bereichs der Stirnfläche 12 eine Öffnung 13 mündet, die durch einen Stutzen 14 mit einem (ebenfalls gestrichelt dargestellten) zweiten Rohr 15 verschweißbar ist. Während in der ersten (unten befindlichen) Stellung des Kolbens 8 das Medium von der Öffnung 4 durch eine durch den Kolben in Längsrichtung hindurchgehende und sich vor der Stirnfläche T-förmig zu zwei seitlichen Öffnungen hin verzweigende Durchgangsbohrung 16 hindurchtreten kann, ist in der oberen Stellung des Kolbens 8 die Öffnung 13 verschlossen, so daß das Medium von der Druckseite (Öff­ nung 4) her nicht in die Öffnung 13 übertreten kann. Der Kolben schließt, wenn der Differenzdruck zwischen beiden Öffnungen einen vorgegebenen Wert überschreitet, welcher ausreichend ist, um das Gewicht des Kolbens zu überwinden. Der Schließdifferenzdruck läßt sich also einstellen durch die Bemessung des Kolbengewichtes in bezug auf das Ver­ hältnis zwischen dem Einströmquerschnitt und dem Quer­ schnitt, der zum Durchströmen des Kolbens zur Verfügung steht. Da der Durchströmquerschnitt des Kolbens ohnehin verkleinert ist, kann aus geometrischen Gründen auch der Ausströminnenquerschnitt der Öffnung 13 verkleinert wer­ den, so daß die Abdichtung durch die Stirnfläche des Kol­ bens 10 mit dem O-Ring 11 sicher erfolgt.

Die Einrichtung bildet somit eine robuste, vollverschweiß­ te Konstruktion, die mit Stumpfnähten in die Rohrleitung eingeschweißt wird. lhr Außendurchmesser überschreitet den der Rohrleitung nur geringfügig. Sie ist daher, zumal sie keine Gehäusedurchführungen aufweist, gegen Störungen nicht anfälliger als die Rohrleitung selbst. Die Kon­ struktion besteht im wesentlichen aus Rundstahl- bzw. Drehteilen aus handelsüblichen Stahlwerkstoffen.

Der Schließkolben und das Gleitrohr bestehen dabei aus nichtrostendem Stahl, um Funktionsstörungen durch Korro­ sion auszuschließen. Um Korrosion im Bereich der Dicht­ fläche im Gehäuseoberteil auszuschließen, ist diese bevor­ zugt mit einer gasbeständigen Beschichtung versehen.

Wird das Gehäuseoberteil aus nichtrostendem Stahl gefer­ tigt, können das Gleitrohr und die gasbeständige Beschichtung im Gehäuseoberteil entfallen.

Mit Rücksicht auf die schweißtechnischen Möglichkeiten unter Baustellenbedingungen ist dann das Gehäuseoberteil mit einem kurzen Anschweißende aus einem, unter Baustel­ lenbedingungen gut verschweißbaren Stahl versehen.

Die dargestellte Konstruktion ist speziell für Meßleitun­ gen ausgelegt. Sie ist bei senkrechtem Einbau in dieser Ausführung gleichermaßen für Mitteldruckleitungen (1 bar zul. Betriebsdruck) und Hochdruckleitungen aller Druck­ stufen geeignet. Bei geneigter oder waagerechter Einbau­ position wird der Schließkolben unter normalen Betriebs­ bedingungen durch eine - gestrichelt dargestellte - im Gehäuseoberteil vorgesehene Schraubenfeder (18) in der "Offen"-Stellung (Anschlagfläche 17) gehalten.

Für spezielle Betriebsfälle kann die Einrichtung in ihrer Funktion durch ein größeres Eigengewicht des Schließkol­ bens (größere Baulänge, keine Ausdrehung von unten) und/ oder durch Einlegen einer härteren Feder im Gehäuseober­ teil entsprechend unempfindlicher ausgelegt werden. Die Einrichtung wird in der Werkstatt von außen mit einem tem­ porären Korrosionsschutz versehen. Auf der Baustelle erhält sie nach dem Einschweißen eine dauerhafte Korro­ sionsschutzumhüllung.

Bei ungestörtem Leitungsbetrieb wird der Schließkolben durch sein Gewicht und/oder gegebenenfalls durch Feder­ kraft auf das Gehäuseunterteil gedrückt.

Die dem Gasstrom entgegengesetzt wirkende Kraft ist größer als die durch Druckschwankungen oder Gasentnahmen in Strömungsrichtung auf den Schließkolben wirkenden Kräfte. Unter normalen Betriebsbedingungen hält der Schließkolben somit den Weg zu den Druckmeßstellen oder anderen Einrich­ tungen frei.

Strömt bei einer Beschädigung des nachgeschalteten Lei­ tungssystems Gas aus, bewirkt der Strömungswiderstand des Schließkolbens eine Druckdifferenz bzw. eine Kraft in Strömungsrichtung, die den Schließkolben schlagartig gegen die Dichtfläche des Gehäuseoberteils drückt. Die Aus­ trittsöffnung im Gehäuseoberteil wird damit praktisch ohne Verzögerung verschlossen, so daß bei einer Beschädigung nur eine sehr geringe Gasmenge austreten kann. Der Kolben wird durch den Leitungsdruck in Schließstellung gehalten.

Die Anpreßkraft ergibt sich aus der Differenz der in Schließstellung auf den Kolben wirkenden Kräfte.

Sie errechnet sich bei senkrechtem Einbau nach:

F = A×p als Masse des Kolbens und ggf. Rückstellkraft der Feder A = vom 0-Ring eingeschlossene Fläche und p = Leitungsdruck.

Bei der dargestellten Formgebung des Kolbens, ohne Feder und in senkrechter Einbauposition, beträgt die Anpreßkraft

bei 1 bar Leitungsdruck ca. 39 N und
bei 40 bar Leitungsdruck ca. 1659 N

Nach Reparatur der nachgeschalteten Leitung ist diese über vorhandene Anschlüsse (z.B. mit Stickstoff) zu befüllen. Sobald der Druckausgleich hergestellt ist, fällt der Schließkolben infolge seines Gewichts und/oder durch Federkraft in seine Ausgangsstellung zurück und gibt somit den Weg zu den Druckmeßstellen frei.

Die Einrichtung funktioniert bereits bei einem Betriebs­ druck von 200 mbar. Sie ist andererseits so unempfindlich, daß sie in Meßleitungen, die nachgeschaltet ein sehr ge­ ringes geometrisches Volumen haben, auf betriebsbedingte Druckschwankungen nicht anspricht.

Beispielsweise ist bei Versuchen mit einem Prototyp (Kol­ ben wie dargestellt, ohne Feder und senkrechter Einbau) folgendes ermittelt worden:

• - Die Ansprechschwelle der Einrichtung lag bei einer Durchflußmenge von 150 l/min.
  (Nach einer Vergrößerung der Bohrung im Schließkolben von 8 mm auf 12 mm Durchmesser, lag die Ansprechschwelle bei einer Durchflußmenge von 240 l/min.)
• - Bei einer 10 m langen, nachgeschalteten Leitung DN25 führte ein Druckanstieg von 10 bar/min nicht zum Ansprechen der Einrichtung.

Auch bei einem Einsatz der Einrichtung in Meßleitungen mit nachgeschalteten Druckaufnehmern für Line-Break-Systeme (Rohrbrucherkennungssysteme) sind Funktionsstörungen unter normalen Betriebsbedingungen auszuschließen.

Line-Break-Systeme sprechen jedoch an, wenn der Schnell­ verschluß infolge einer Undichtheit an der nachgeschalte­ ten Meßleitung in Schließstellung geht. Die Einrichtung kann durch konstruktive Maßnahmen unempfindlich ausgelegt werden, so daß sie erst oberhalb der Ansprechschwelle der Line-Break-Systeme wirksam wird.

Für die Gastransportleitungen mit hohen Betriebsdrücken ist die Ausführung mit Feder zu empfehlen.

Die Einrichtung kann so ausgelegt werden, daß sie erst ab einer festzulegenden Durchflußmenge (z.B. 1000 l/min) in Funktion tritt.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.

Claims (10)

1. In eine Rohrleitung einfügbare Schnellschlußeinrich­ tung für Meß- und Impulsleitungen zur Steuerung und Be­ triebsüberwachung von Druckleitungssystemen und für Ab­ nehmeranschlußleitungen zur Versorgung von Verbrauchsein­ richtungen, insbesondere Gasdruckleitungen, mit einer er­ sten und einer zweiten Öffnung zum Anschluß an die Rohr­ leitung, dadurch gekennzeichnet, daß ein innerer Hohlraum, in dem ein Kolben (8) zwischen den Öffnungen (4, 13) verschieblich gelagert ist, mit

• einer ersten Anschlagfläche (17) für den Kolben in einer ersten Position, benachbart zur ersten Öffnung (4), wobei in dieser Position mindestens ein Verbin­ dungsweg zwischen den beiden Öffnungen durch eine Aussparung (16) des Kolbens und/oder der Wandung des Hohlraums am Kolben vorbei in Richtung auf die zweite Öffnung unverdeckt ist,
• einer zweiten Anschlagfläche (12) für den Kolben in einer zweiten Position, wobei die Anschlagfläche die zweite Öffnung (13) derart umgibt, daß durch eine entsprechende Dichtfläche (11) an der Stirnfläche des in der zweiten Position befindlichen Kolbens die zweite Öffnung abgedeckt ist,

vorgesehen ist, wobei der Querschnitt der ersten Öffnung (4) größer ist, als der Querschnitt der Aussparung (16).

2. Schnellschlußeinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) zylindrisch ausgebildet und in einem ebenfalls zylin­ drischen Hohlraum geführt ist.

3. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Kolbens vorgesehene Aussparung (16) als Durchtrittsöffnung T-förmig ausgebildet ist und sich vor der Stirnfläche (10) verzweigt.

4. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei Rundteilen (1 und 2) mit einer äquatorial verlaufenden Schweißnaht (3) als Verbindung me­ tallisch einstückig gefügt ist.

5. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Stirnfläche (10) des Kolbens (8) ein O-Ring (11) aus elastischem Material eingefügt ist, welcher in der zweiten Position des Kolbens die zweite Öffnung um­ gibt.

6. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (8) unter der Spannung einer Schraubenfeder (18) in der ersten Position gehalten wird.

7. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1, 2) mindestens in dem der Kolbenaußen­ oberfläche benachbarten Bereich aus rostfreiem Stahl oder daß ein besonderes, den Kolben führendes Gleitrohr (9) aus rostfreiem Stahl vorgesehen ist.

8. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das innere des Gehäuses im Bereich der inneren Stirn­ fläche (12), an der die Stirnfläche (10) des Kolbens (8) in seiner zweiten Position anliegt, mit einer gasbeständi­ gen Beschichtung versehen ist oder aus rostfreiem Stahl besteht.

9. Schnellschlußeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Öffnungen (4, 13) einen mit dem daran anschließenden Gehäuseteil einstückigen Schweiß­ stutzen (5, 14) aufweist.