DE4030156C2 - Verfahren und Vorrichtung für die Funktionsprüfung eines piezoresistiven und/oder Membran-Druckdetektors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Funktionsprüfung eines piezoresistiven und/oder Membran-Druckdetektors, der in explosionsgefährdeten Anlagen in Verbindung mit einer eine Steuer- und Überwachungseinheit aufweisenden Explosions-Unterdrückungsanlage verwendet wird, wobei der einer explosionstypischen Kenngröße zugeordnete Druckdetektor im ausgebauten Zustand mit einem dieser Kenngröße zugeordneten Druck und das zugehörige Ansprechverhalten des Druckdetektors zum Ermitteln des Schaltpunktes festgestellt wird.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen dienen der Sicherheit und damit der ständigen Bereitschaft der Explosions-Unterdrückungsanlagen und sind interner Stand der Technik der Anmelderin. Explosions-Unterdrückungsanlagen werden an Behältern, Produktionssystemen oder dergleichen angebracht, in denen durch die Verarbeitung, den Transport und die Lagerung explosionsfähiger Gase und Stäube ein erhebliches Explosions- und Brandrisiko entsteht. Die Explosions-Unterdrückungsanlagen dienen der Gefahrenabwehr und insbesondere um anlaufende Explosionen zu unterdrücken.

Eine Explosions-Unterdrückungsanlage besteht beispielsweise bei einem mit explosionsfähigen Gasen gefüllten Behälter aus einem Druckdetektor und einem oder mehreren Löschmittelbehältern, die an der Außenseite des Behälters angebracht und über Öffnungen mit dem Inneren des Behälters verbunden sind. Der Druckdetektor ist über elektrische Leitungen mit einer Steuer- und Überwachungs-Zentrale mit Stromversorgung verbunden. Ebenso sind die Löschmittelbehälter mittels elektrischer Leitungen mit der Steuer- und Überwachungs-Zentrale verbunden. Die Löschmittelbehälter sind mit pyrotechnisch aufsteuerbaren Ventilen versehen, die extrem schnell öffnen. Bei einer anlaufenden Gas- oder Staubexplosion eilt der Flammenfront eine Druckwelle voraus, die ein Mehrfaches der Schallgeschwindigkeit beträgt. Die Druckwelle kann von einem geeigneten Druckdetektor erkannt werden.

Erkennt der Druckdetektor eine Druckwelle, so wird diese der Steuer- und Überwachungs-Zentrale mit sehr schneller Signalauswertung zugeführt, so daß die Ventile der Löschmittelbehälter schlagartig öffnen. Das Löschmittel wird sehr schnell innerhalb des Behälters homogen verteilt und damit die laufende Flammenfront durch den sogenannten antikatalytischen Effekt abgelöscht. Eine Explosion und damit die Zerstörung des Behälters wird vermieden.

Voraussetzung für die sichere Funktion einer Explosions-Unterdrückungsanlage ist ein absolut zuverlässig arbeitender Druckdetektor, der eine explosionstypische und/oder betriebliche Kenngrößen registriert. Durch Verkrustungen, Anbackungen oder anderen Einflüssen, kann die Ansprechzeit des Detektors verzögert oder verhindert werden. In einem solchen Falle ist eine sichere Explosionsunterdrückung nicht mehr gewährleistet. Bisher wurden Membrandetektoren zur Funktionsprüfung von außen mit Unterdruck beaufschlagt. Eine solche Prüfung ist jedoch ungenau und darüber hinaus auch unzulässig. Auch hat man die Detektoren ausgebaut und über eine entsprechende Vorrichtung mit Druck beaufschlagt. Der Schaltpunkt wurde mit einem Ohmmeter, einer Prüflampe oder einem Summer festgehalten. In explosionsgefährdeten Räumen ist ein übliches Ohmmeter nicht zulässig, es sei denn, es ist entsprechend gekapselt.

Bei einem Verfahren und einer Anordnung zum dynamischen Kalibrieren von Druckmeßkreisen, sollen dynamische Drücke genau ermittelt werden, die während einiger chemischer oder physikalischer Prozesse vorherrschen. Hier wird mit einem Inertgas-Flüssigkeits-Gemisch gearbeitet. Dieses bekannte Verfahren gibt keinen Hinweis, die Funktionsfähigkeit eines Druckdetektors hinsichtlich eines Schaltpunktes zu überprüfen (CH 670 889 A5).

Prüfeinrichtungen sind allgemein bekannt, z. B. für einen pneumatisch-elektronischen Wandler (DE-GM 88 16 052), oder zur Prüfung der sicheren Funktionsfähigkeit eines mit einem Druckgefäß verbundenen Druckanzeigers (DE-OS 23 10 943).

Ein Mehrwegventil (De-GM 77 07 346) mit kurzen Umschaltzeiten verwendet bei der Messung niedriger Drücke einen Schnellschalter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zu schaffen, mit denen der Druckdetektor in vorher bestimmten Zeitabständen baustellenmäßig in explosionsgefährdeten Räumen ohne zusätzliche elektrisch betriebene Prüfteile auf seine Funktionsfähigkeit manuell überprüft werden kann.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß der Druck mittels eines gepufferten Druckgases auf einen Sollwert eingeregelt und sodann der Druckdetektor mit dem Prüfdruck über eine Schnellöffnung mit dem Druckgas beaufschlagt wird, wobei der eingeregelte Sollwert an einem ersten und der Prüfdruck an einem zweiten Manometer angezeigt werden

Mit diesem Verfahren kann der Druck und damit der Schaltpunkt des Detektors genau eingeregelt und überprüft werden. Entspricht dieser Druck dem Prüfdruck, wird der zu prüfende Detektor beaufschlagt. Seine Funktionsfähigkeit ist damit nachgewiesen. Wird der Prüfdruck über eine Schnellöffnung beaufschlagt, bleibt der Druckdurchgang zum Detektor solange verschlossen, bis der Sollwert genau eingeregelt ist. Damit ist sichergestellt, daß der Detektor tatsächlich mit dem Prüfdruck beaufschlagt wird.

Die zu schützenden Behälter sind vielfach mit einem unter Druck stehenden Medium gefüllt, wobei die Veränderung dieses Druckes in der Steuer- und Überwachungszentrale angezeigt wird. Mit der Funktionsprüfung kann festgestellt werden, ob der Detektor für diesen Bereich den entsprechenden Schaltpunkt aufweist.

Aufgrund äußerer Einflüsse, z. B. extreme Hitze im Hochsommer, kann sich der lnhalt des zu schützenden Behälters erwärmen, wodurch der Innendruck ansteigt. Dieser Druck steigt nur langsam. Der Detektor soll aber nur eine explosionstypische Kenngröße anzeigen, die einen Druckanstieg innerhalb einer bestimmten Zeit entspricht, so z. B. bei einem Druckanstieg innerhalb einer Zeit < als 0,3 Sek. auf ein eingestelltes Druckmaß z. B. von 60 bis 160 mbar. Steigt der Behälterinnendruck langsam auf diesen höheren Druck, wird die Löschanlage nicht in Betrieb gesetzt.

Der Detektor kann so eingestellt sein, daß er noch eine weitere Kenngröße erkennt, nämlich einen maximalen Druck. Steigt der Druck aufgrund äußerer Einflüsse langsam an, also nicht durch Explosion, dann muß bei einem vorherbestimmten Maximaldruck der Detektor ansprechen. Auch diese Kenngröße kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überprüft werden.

Damit werden folgende Kenngrößen überprüft:

• 1. Die Kenngröße eines veränderten Betriebsdruckes;
• 2. die explosionstypische Kenngröße bei einem Druck­ anstieg innerhalb einer vorbestimmten Zeiteinheit;
• 3. die maximale Kenngröße, bei der der Druckdetektor in jedem Falle anspricht.

Nach Beendigung der Funktionsprüfung kann die Druckluft nach außen abgeführt werden.

Eine Vorrichtung zur Lösung der genannten Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 4.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung wird darin gesehen, daß die zur Funktionsprüfung erforderlichen Geräte mit den zugehörigen Leitungen und Anschlüssen innerhalb eines Koffers untergebracht sind. Mit einem derartigen Handkoffer kann ein Überwachungsinspekteur auf einfache Weise und absolut sicher die Funktionsfähigkeit von Druckdetektoren werkseitig überprüfen.

Das Verfahren wird anhand eines Schaltschemas und die Vorrichtung anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Diese sind in einer Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltschema,

Fig. 2 die Innenansicht eines geöffneten Handkoffers mit Draufsicht auf eine Frontplatte,

Fig. 3 den geöffneten Handkoffer mit Ansicht auf die Rückseite der Frontplatte,

Fig. 4 eine Handpumpe.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird zunächst anhand der Fig. 1 näher beschrieben. An einen Anschlußstutzen 1 wird ein Drucker­ zeuger P angeschlossen, der aus einer Handpumpe, einer Gasflasche oder aus einer ortsfesten Preßluftleitung mit Anschlußschlauch be­ stehen kann. Vom Anschlußstutzen 1 ist eine Leitung 2 zu einem Pufferbehälter 3 geführt, in dem eine gewisse Menge Druckgas be­ vorratet wird. Vom Pufferbehälter 3 ist eine Leitung 4 zu einem Regler 5 geführt, mit dem der zu überprüfende Sollwert genau ein­ geregelt werden kann. Über eine Leitung 7 kann der Sollwert an einem ersten Manometer P1 angezeigt werden. Von einer Abzweigung 6 ist eine Leitung 8 zu einem Schnellschalter 9 geführt, von dem eine Leitung 10 zu einem Abzweigpunkt 11 geführt ist. Von hier ist eine weitere Leitung 12 zu einem zweiten Manometer P2 ge­ führt. Eine Leitung 13 mit einem Dreiwegeventil bzw. Schalter 14 und eine Leitung 15 ist zu einem Aufnahmekörper 16 für die Aufnahme unter­ schiedlicher Druckdetektoren vorgesehen. Das Dreiwegeventil 14 ist während der Funktionsprüfung im Durchgang von der Leitung 13 zur Leitung 15 ständig geöffnet. Lediglich der Durchgang zur Ab­ zweigung 14a ist geschlossen. Über die Leitung 14a kann die Druck­ luft nach Beendigung der Funktionsprüfung nach außen abgeführt werden. Die Re­ gelung erfolgt bei geschlossenem Schnellschalter 9. Aufgrund der Luftvorrats­ menge innerhalb des Pufferbehälters 3 kann mittels des Reglers 5 bei geschlossenem Schnellschalter 9 der Sollwert als Feinstrege­ lung genau eingeregelt werden. Ist der Sollwert erreicht, wird der Schnellschalter 9 schlagartig geöffnet, so daß der zu prüfende Detektor mit dem gewünschten Prüfdruck beaufschlagt wird.

In Explosions-Unterdrückungsanlagen können sowohl Membran-Druck­ detektoren 31 oder piezoresistive Druckdetektoren 34 eingesetzt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können beide Druck­ detektoren überprüft werden. Zu diesem Zweck ist der Aufnahme­ körper 16 mit einer Einrichtung 16a versehen, die über eine Öffnung 33 in einer Bodenplatte 32 des Detektors diesem zuge­ führt wird. Alternativ kann der Aufnahmekörper 16 mit einer Vorrichtung 16b versehen sein, die zu einem Stutzen 35 des Detektors 34 geführt ist. Der Druckdetektor 31 ist mit einem Anschlußstutzen 31a und der Druckdetektor 34 mit einem Anschluß­ stutzen 34a versehen. An diese Anschlußstutzen können elektri­ sche Kabel 39 und 40 angeschlossen und z. B. an eine Brandmelde­ zentrale 37 weitergeleitet werden, die in den meisten Fällen zu einer Explosions-Unterdrückungsanlage gehört. Alternativ kann das elektrische Kabel 40 mittels eines weiteren elektrischen Kabels 41 an ein Ohmmeter 38, einer Prüflampe oder einem Summer ange­ schlossen sein.

Die zur Funktionsprüfung erforderlichen Geräteleitungen und An­ schlüsse lassen sich ohne Schwierigkeiten in einem Handkoffer 18 unterbringen, der in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Fig. 2 zeigt den geöffneten Handkoffer 18 bestehend aus einem Koffergehäuse 19 und einem Deckel 20. Innerhalb des Handkoffers sind im oberen Teil des Koffergehäuses 19 Halterungen 21 ange­ bracht (s. Fig. 3), auf die eine Frontplatte 23 aufgelegt und mittels Verbindungselementen 24 lösbar verbunden werden kann. Mit der Frontplatte 23 sind die beiden Manometer P1 und P2 sowie der Anschlußstutzen 1 für den Druckerzeuger 27 der Reg­ ler 5, die beiden Schalter 9 und 14 sowie der Aufnahmekörper 16 verbunden. Der Aufnahmekörper 16 weist eine Aufnahmeplatte mit einer Öffnung 16a auf. Diese ist zur Überprüfung des Druckdetektors 31 vorgesehen. Nach dem Ausbau aus der ex­ plosionsgefährdeten Anlage wird der Druckdetektor 31 auf die Aufnahmeplatte aufgesetzt und mittels Schnellspannklemmen 26 fest- und abdichtend befestigt. In diesem Einbauzustand kann der Druckdetektor mit der Druckluft beaufschlagt werden. Bei der Verwendung eines piezoresistiven Druckdetektors 34 wird die­ ser mit seinem Stutzen 35 in die Gewindebohrung 16b der Aufnahme­ platte eingeschraubt. Er ist absolut dicht mit dem Aufnahmekörper 16 verbunden und kann somit in diesem Einbauzustand ebenfalls mit der Druckluft beaufschlagt werden. Der Aufnahmekörper 16 ist mittels einer Befestigungsplatte 17 und Befestigungsele­ menten 25 an der Unterseite der Frontplatte 23 befestigt (s. hierzu Fig. 3). Mit 1a ist die Befestigung des Anschluß­ stutzens 1, mit 9a die Befestigung des Schalters 9 und mit 14a die Befestigung des Schalters 14 bezeichnet. 5a zeigt die Unterseite und Befestigung des Reglers 5. Auch die beiden Manometer P1 und P2 sind durch die Frontplatte 23 hindurchge­ führt und an der Unterseite mit dieser befestigt. Auf dem Bo­ den 22 des Handkoffers 18 ist der Pufferbehälter 3 mittels Einrichtungen 3a befestigt. Die Halteeinrichtungen 21 sind so angeordnet, daß die Frontplatte 23 in den Handkoffer einge­ baut werden kann, ohne den Pufferbehälter 3 zu berühren. Fig. 3 zeigt die einzelnen Leitungen, mit denen die Geräte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden sind. So ist die Leitung 2 von der Befestigung 1a des Anschluß­ stutzens 1 zum Pufferbehälter 3 geführt. Von dort geht die Leitung 4 zur Befestigung 5a des Reglers 5, von dem eine Lei­ tung 7 zum Manometer P1 geführt ist. Von der Abzweigung 6 geht eine Leitung 8 zur Befestigung 9a des Schalters 9, von dem wiederum die Leitung 10 zur Abzweigung 11 geführt ist. Von dieser Abzweigung 11 geht einerseits die Leitung 12 zum Mano­ meter P2 und andererseits die Leitung 13 zur Befestigung 14a des Schalters 14. Von dort geht eine Leitung 15 zum Aufnahme­ körper 16.

Fig. 4 zeigt eine Handpumpe 27 mit einem Anschlußstutzen 29, einem Pumpenkörper 28 und einem Gummibalg 30. Der Anschluß 29 ist in den Anschlußstutzen 1 einsetzbar. Beide Teile sind als Schnellkupplung ausgebildet. Die Handpumpe 27 kann im Deckel 20 untergebracht werden, so daß der Überprüfungsinspekteur jeder­ zeit einen Druckerzeuger zur Verfügung hat und somit nicht auf baustellenseitige Druckerzeuger angewiesen ist.

Claims (13)

1. Verfahren für die Funktionsprüfung eines piezoresistiven und/oder Membran-Druckdetektors, der in explosionsgefährdeten Anlagen in Verbindung mit einer eine Steuer- und Überwachungseinheit aufweisenden Explosions- Unterdrückungsanlage verwendet wird, wobei der einer explosionstypischen Kenngröße zugeordnete Druckdetektor im ausgebauten Zustand mit einem dieser Kenngröße zugeordneten Druck beaufschlagt und das zugehörige Ansprechverhalten des Druckdetektors zum Ermitteln des Schaltpunktes feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck mittels eines gepufferten Druckgases auf einen Sollwert eingeregelt und sodann der Druckdetektor mit dem Prüfdruck über eine Schnellöffnung mit dem Druckgas beaufschlagt wird, wobei der eingeregelte Sollwert an einem ersten und der Prüfdruck an einem zweiten Manometer angezeigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hintereinander mehrere Funktionsprüfungen durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben der explosionstypischen Kenngröße die Form eines Druckanstieges innerhalb einer vorbestimmten Zeiteinheit geprüft wird und als Kenngröße ein veränderter Betriebsdruck der explosionsgefährdeten Anlage und/oder derjenige Druck, bei dem der Druckdetektor in jedem Falle ansprechen muß, überprüft werden bzw. wird.

4. Vorrichtung für die Funktionsprüfung eines piezoresistiven und/oder Membran-Druckdetektors, der in explosionsgefährdeten Anlagen in Verbindung mit einer eine Steuer- und Überwachungseinheit aufweisenden Explosions-Unterdrückungsanlage einsetzbar ist, wobei der einer explosionstypischen Kenngröße zugeordnete Druckdetektor im ausgebauten Zustand mit einem dieser Kenngröße zugeordneten Druck beaufschlagt und das zugehörige Ansprechverhalten des Druckdetektors zum Ermitteln des Schaltpunktes feststellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in einem Pufferbehälter (3) pufferbar ist, auf einen Sollwert einregelbar und sodann der Druckdetektor (31) mit diesem Prüfdruck über einen Schnellschalter (9) beaufschlagbar ist, wobei der eingeregelte Sollwert an einem ersten (P1) und der Prüfdruck an einem zweiten Manometer (P2) anzeigbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zugehörige Schaltpunkt des Druckdetektors (31) an einem weiteren Gerät (38) optisch und/oder akustisch ablesbarer bzw. abhörbar ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung Druckluft dient, die nach Beendigung der Funktionsprüfung über eine Leitung (14a) nach außen abführbar ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Funktionsprüfung erforderlichen Geräte, wie Anschlußstutzen (1), Pufferbehälter (3), Regler (5), Schnellschalter (9), Schalter (14), Manometer (P1, P2) und die zugehörigen Leitungen (2, 4, 7 8, 10, 12, 15) innerhalb eines Handkoffers (18) untergebracht sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Handkoffer (18) mit Halterungen (21) zum Befestigen einer Frontplatte (23) versehen ist, mit der die Geräte (1, 5, 9, 14, P1, P2) verbunden sind, wobei der Pufferbehälter (3) unterhalb der Frontplatte (23) am Boden (22) des Handkoffers (18) befestigt ist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontplatte (23) an der Unterseite mit einer Befestigungsplatte (17) versehen ist, an der ein Aufnahmekörper (16) zur Aufnahme des Druckdetektors (31 oder 34) befestigt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmekörper (16) an der Oberseite der Frontplatte (23) eine Aufnahmeplatte aufweist, die mit einer Öffnung (16a) zur Druckbeaufschlagung eines Membran-Druckdetektors (31) und mit einer Gewindebohrung (16b) zum Einschrauben eines piezoresistiven Druckdetektors versehen ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aufnahmekörper (16) an der Oberseite der Frontplatte (23) Schnellspannklemmen (26) zur Befestigung des Membran-Druckdetektors (31) zugeordnet sind.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Handkoffer (18) eine Handpumpe (27) enthält, die in seinem Deckel (20) lösbar befestigt ist und ein Schnellkupplungsstück (29) aufweist, das in den Anschlußstutzen (1) einsteckbar ist.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (2, 4, 7, 8, 10, 12, 15) an der Unterseite der Frontplatte (23) befestigt sind.