DE4331314C1 - Anordnung zur Signalisierung einer Druckänderung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur elektrischen Signalisierung einer in einem zu überwachenden Druckraum sich bildenden unzulässigen Druckänderung.

Es ist bekannt, für die sicherheitsgerichtete elektrische Signalisierung eines gegenüber einem zulässigen Druck er­ höhten Drucks herkömmliche Druckschalter einzusetzen (DE-PS 27 13 244, DE-OS 31 28 497). Sicherheitsgerichtete Schalter sind meist nur für einen einzigen Schaltvorgang während ihrer gesamten Nutzungsdauer bestimmt. Herkömm­ liche Druckschalter sind für häufige Schaltspiele vorge­ sehen und deshalb relativ kompliziert ausgelegt. Ihre Herstellung verlangt einen hohen vorrichtungstechnischen und finanziellen Aufwand. Sie enthalten Federn und Kon­ takte, die einer Alterung unterliegen. Um deren Funk­ tionsfähigkeit für einen Schaltvorgang während der ge­ samten Nutzungsdauer gewährleisten zu können, ist demzu­ folge eine regelmäßige Kontrolle und Wartung erforder­ lich. Diese verlangen entsprechend ausgebildete Speziali­ sten. Der Aufwand ist folglich hoch. Auch muß für die Zeit der Kontrolle und/oder Wartung der Betrieb einge­ stellt werden. Die Kontrolle und Wartung für sicherheits­ gerichtete Schalter ist zudem in eigens ausgearbeiteten Vorschriften verankert. Ein weiterer Nachteil der her­ kömmlichen Druckschalter besteht darin, daß sie bei einer hohen Druckfestigkeit der Schaltergehäuse in der Regel einen relativ hohen unteren Schaltpunkt haben, sofern die in diesen Druckschaltern integrierten Membranen zwischen den Druckräumen und den Druckschaltern nicht gesondert abgestützt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannte Anordnung dahingehend zu vervollkommnen, daß sie bei hoher Enddruckfestigkeit mit einem beliebig niedrigen unteren Schaltpunkt versehen werden kann.

Die Lösung der Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen.

Fluidsensoren zur Leckanzeige, z. B. auf Thermistor-Basis, sind an sich ebenso bekannt (vgl. z. B. VDI-Z, 1975, Nr. 19, Oktober (I), Seite 800) wie etwa der Gebrauch von Berstscheiben in Druckmessern (z. B. DE 31 35 417 C2). Die Berstscheiben dienen hierbei aber lediglich dem Schutz des Meßwerkes und dem Personenschutz.

Die Erfindung schafft nunmehr eine einfach aufgebaute An­ ordnung, die als Sicherheitseinrichtung überall dort ein­ gesetzt werden kann, wo die Überschreitung einer vorgege­ benen Druckhöhe sicher nachgewiesen und sicherheitsge­ richtete Maßnahmen elektrisch ausgelöst werden müssen. Dies ist beispielsweise bei Leckräumen von Doppelrohrsi­ cherheitswärmeübertragern, von Rohrleitungen, Schutzroh­ ren, Sonden, Behältern und Kabeln sowie bei Druckräumen von differenzdruckgefährdeten Anlagen, wie z. B. an Ver­ dichtern und Abscheidern, der Fall.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß sie bei der Funktion eines Druckschalters keine beweglichen Teile enthält, die gewar­ tet werden müssen. Der hierfür erforderliche Zeit- und Personalaufwand entfällt. Die mit dem Druckschalter aus­ gerüstete Gesamtanlage muß nicht mehr außer Betrieb ge­ nommen werden. Das Gehäuse ist insofern einfach zu ge­ stalten, als in Richtung des Druckabfalls nur eine Berst­ scheibe und ein elektrischer Fluidfühler hintereinander in das Gehäuse integriert werden. Durch die Berstscheibe wird ein im Gehäuse ausgebildeter Kontrollraum in zwei Wirkabschnitte unterteilt. Der in Richtung des Druckab­ falls vor der Berstscheibe liegende Wirkabschnitt ist über einen Gehäuseanschluß mit dem Druckraum verbunden, der überwacht werden muß. Hinter der Berstscheibe liegt der mit dem Fluidfühler ausgerüstete Wirkabschnitt. Der Fluidfühler ist mit einem Ruhestromkreis gekoppelt. Als elektrischer Fluidfühler kann beispielsweise eine Drahtschlaufe verwendet werden. Auch ein optoelektroni­ scher oder ein magnetischer Näherungssensor (induktiv) kann als Fluidfühler zur Anwendung gelangen.

Im Bereitschaftszustand kann der Druck vor und hinter der Berstscheibe ausgeglichen sein. Es können aber auch Dif­ ferenzdrücke vorhanden sein, dies jedoch unterhalb des Berstwiderstands der Berstscheibe liegen. Kommt es z. B. aufgrund einer Leckage in dem zu überwachenden Druckraum zu einem Druckanstieg, so wirkt sich dieser auch an der Berstscheibe aus. Diese wird zerstört, sobald ein vorbestimmter Maximaldruck überschritten wird. Nach dem Zerbersten wird der Fluidfühler aktiviert und löst über den angekoppelten Ruhestromkreis einen entsprechenden Signalgeber aus. Dieser zeigt dann dem Betriebspersonal an, daß eine Störung eingetreten ist, die beseitigt wer­ den muß.

Die Anordnung kann zur Überwachung gasförmiger oder flüs­ siger Fluide eingesetzt werden. Auch eine kombinative Überwachung beider Fluide ist denkbar.

Das Gehäuse kann bei beliebiger Druckfestigkeit eine Berstscheibe aufweisen, die bereits bei einem sehr gerin­ gen Druck von z. B. 1 bar anspricht. Aufgrund dessen ist die erfindungsgemäße Anordnung sehr feinfühlig ausgestal­ tet.

Mit einer solchen Anordnung ist es also jetzt möglich, die bislang eingesetzten und einer regelmäßigen Eich­ pflicht unterliegenden Druckschalter und Sicherheitsven­ tile ersetzen zu können. Lediglich nach einem Schaltvor­ gang muß ein Austausch der Berstscheibe und ggf. des Fluidfühlers vorgenommen werden. Dies ist problemlos möglich und mit keinem zusätzlichen Stillstand der Ge­ samtanlage verbunden, da diese durch den Störfall ohnehin stillgesetzt würde.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gesehen. Diese Ausge­ staltung ermöglicht es, die sicherheitsgerichtete Anord­ nung auf ihre Funktionsweise hin im eingebauten Zustand, d. h. in der Betriebsstellung, ständig überprüfen zu kön­ nen. Die Druckanzeige kann beispielsweise durch ein ört­ liches Manometer gebildet sein. Auch eine Fernanzeige ist denkbar.

Die Anwendung der Merkmale des Patentanspruchs 3 erlauben es, Differenzdrücke überwachen zu können. Zu diesem Zweck sind dann beide Wirkabschnitte vor und hinter der Berst­ scheibe an eine Differenzdruckanzeige angeschlossen. Diese kann ebenfalls durch ein örtliches Manometer oder durch eine Fernanzeige gebildet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Grundgedankens besteht in den Merkmalen des Pa­ tentanspruchs 4. Hiermit kann die Anordnung auch für die gleichzeitige Überwachung von zwei verschiedenen Fluiden mit unterschiedlichen Drücken eingesetzt werden. In die­ sem Fall ist die in Richtung des Druckabfalls dem Gehäu­ seanschluß benachbarte Berstscheibe und der dieser nach­ geordnete Fluidfühler auf eine niedrigere Druckhöhe ausgelegt als die in Richtung des Druckabfalls nachfol­ gende zweite Berstscheibe und der dieser nachgeordnete Fluidfühler. Eine solche Anordnung ermöglicht z. B. die Überwachung solcher Aggregate, wo gleichzeitig Druckgas und ein flüssiges Fluid als Leckage anfallen können, z. B. Wasser mit einem niedrigen Druck und Gas mit einem demge­ genüber höheren Druck. Fällt Wasser als Leckage an, zer­ birst nur die in Richtung des Druckabfalls erste Berst­ scheibe, wohingegen bei Druckgas als Leckagefluid gleich­ zeitig beide Berstscheiben zerstört werden und dadurch der jeweilige Zustand dem Betriebspersonal genau ange­ zeigt wird. Ein weiterer Einsatzfall ist die Anzeige ei­ nes Vor- und Hauptalarms bei Eintritt eines Mediums mit allmählich ansteigendem Druck. Um einer häufigen Forde­ rung in der Sicherheitstechnik zur Erhöhung der Ansprech­ sicherheit Rechnung zu tragen, ist ferner eine redundante Ausführung mit einem einheitlichen Ansprechdruck beider Berstscheiben denkbar.

Darüber hinaus läßt die Erfindung bei Bedarf auch drei oder mehr Berstscheibenstufen zu.

Bei der Anordnung von zwei Berstscheiben im Kontrollraum ist bevorzugt jeder Wirkraum gemäß Patentanspruch 5 an eine eigene Druckanzeige angeschlossen.

Die Merkmale des Patentanspruchs 6 bzw. 9 gelangen bevorzugt dann zur Anwendung, wenn die erfindungsgemäße Anordnung für Fluide eingesetzt wird, die mit Luft in keiner Weise in Berührung kommen dürfen. In diesem Zusammenhang kann es außerdem sinnvoll sein, den Gehäuseanschluß mit einer solchen Schnellverschlußkupplung zu versehen, welche si­ cherstellt, daß beim Entkuppeln des Druckschalters auch der Bereich des Gehäuses vor der in Richtung des Druckab­ falls ersten Berstscheibe mit inertem Gas, wie beispiels­ weise Stickstoff, gefüllt bleibt und dieser Druck bei ei­ ner Entkupplung sich nicht abbauen kann.

Die Weiterbildung entsprechend den Merkmalen des Patent­ anspruchs 7 bzw. 10 erlaubt es, den Ansprechdruck der erfindungs­ gemäßen Anordnung sehr genau vorbestimmen zu können.

Werden die Merkmale des Patentanspruchs 8 angewendet, so kann die Anordnung äußerst einfach aufgebaut werden. Es ist eine sehr schnelle Montage und auch Demontage, bei­ spielsweise beim Austausch einer Berstscheibe und/oder eines Fluidfühlers, möglich.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnun­ gen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt im Schema einen Doppelrohrsicherheitswärmeübertrager mit ei­ nem angebauten Druckschalter;

Fig. 2 den Druckschalter der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, teilweise im Schnitt;

Fig. 3 im Schema einen Kolbenverdichter mit einem angeschlossenen Druckschalter und

Fig. 4 den Druckschalter der Fig. 3 in vergrößerter Darstellung, teilweise im Schnitt.

Der Doppelrohrsicherheitswärmeübertrager 1 der Fig. 1 weist ein Gehäuse 2 mit einem radialen Zuführstutzen 3 und einem Abführstutzen 4 für Heizungswasser HW auf. Das Heizungswasser HW wird durch Schikanen 5 in schlangenlinienförmiger Konfiguration um Rohre 6 geführt, die das Gehäuse 2 in Längsrichtung zwischen zwei Böden 7, 8 durchsetzen. In diese Rohre 6 sind ein Hochdruckgas HDG führende Rohre 9 mit radialem Abstand eingegliedert. Sie sind endseitig in Böden 10, 11 gelagert. Die Rohre 9 mün­ den in stirnseitige Verteiler- und Sammelräume 12, 13 des Gehäuses 2. Diese sind mit einem horizontalen Gaszuführ­ stutzen 14 und einem horizontalen Gasabführstutzen 15 versehen.

Die kreisringförmigen Spalte 16 zwischen den das Hoch­ druckgas HDG führenden Rohren 9 und den außenseitig von dem Heizungswasser HW beaufschlagten Rohren 6 sind mit Stickstoff unter atmosphärischem Druck gefüllt. Sie bil­ den zusammen mit dem Spalt 16a zwischen den Böden 7 und 10 einen Leckraum für das Heizungswasser HW und das Hochdruckgas HDG und sind an einen Druckschalter 17 ange­ schlossen, der umfangsseitig des Gehäuses 2 festgelegt ist.

Der Druckschalter 17 (Fig. 2) besitzt ein Gehäuse 18 aus zwei Endflanschen 19, 20 und zwei Zwischenringen 21, 22, die durch umfangsseitige Schraubbolzen 23 und Muttern 24 miteinander verspannt sind. Der Endflansch 19 ist mit ei­ nem Gehäuseanschluß 25 versehen, welcher mit dem Leckraum 16, 16a im Gehäuse 2 des Doppelrohrsicherheitswärmeüber­ tragers 1 verbunden ist.

Durch die Endflansche 19, 20 und die Zwischenringe 21, 22 wird im Gehäuse 18 ein Kontrollraum 26 gebildet. Dieser Kontrollraum 26 ist in Richtung des Druckabfalls PF durch eine zwischen dem Endflansch 19 und dem Zwischenring 21 eingespannte Berstscheibe 27 in zwei Wirkabschnitte 28, 29 untergliedert. Der in Richtung des Druckabfalls PF vor der Berstscheibe 27 liegende Wirkabschnitt 28 ist mit dem Leckraum 16, 16a verbunden, während der hinter der Berst­ scheibe 27 liegende Wirkabschnitt 29 durch eine zweite Berstscheibe 30 in zwei Wirkräume 31, 32 untergliedert ist. Die erste Berstscheibe 27 ist auf den Druck des Heizungswassers HW abgestimmt, während die zweite Berst­ scheibe 30 auf den Druck des Hochdruckgases HDG abge­ stimmt ist. Der Wirkraum 31 zwischen den beiden Berst­ scheiben 27, 39 ist über einen Kanal 33 an ein Manometer 34 angeschlossen. Auch der hinter der zweiten Berst­ scheibe 30 liegende Wirkraum 32 ist über einen Kanal 35 an ein Manometer 36 angeschlossen.

Die die beiden Wirkräume 31, 32 umfangsseitig begrenzen­ den Zwischenringe 21, 22 lagern elektrische Fluidfühler 37, 38 zur Leckanzeige, welche jeweils an einen Ruhestromkreis 39, 40 an­ geschlossen sind, die wiederum mit elektrischen Signal­ gebern 41, 42 gekoppelt sind.

Die Wirkräume 31, 32 sind - wie der mit dem Leckraum 16, 16a verbundene Wirkabschnitt 28 - ebenfalls mit Stick­ stoffgas befüllt.

Tritt ein Leck in einem der von dem Heizungswasser HW um­ strömten Rohre 6 auf, so gelangt das Heizungswasser HW in den Leckraum 16, 16a und über den Gehäuseanschluß 25 in den Wirkabschnitt 28 vor der Berstscheibe 27. Hier kommt es mithin zu einem Druckanstieg. Beim Überschreiten des der Auslegung zugrundegelegten Differenzdrucks zum Gas­ polster im Wirkraum 31 hinter der Berstscheibe 27 wird der Widerstand der Berstscheibe 27 überschritten und diese zerstört. Dadurch wird der Fluidfühler 37 im Wirk­ raum 31 aktiviert und über den Ruhestromkreis 39 der Signalgeber 41 ausgelöst. Das Heizungswasser HW tritt in den Wirkraum 31 ein und wird dort aufgefangen.

Tritt hingegen ein Leck in den das Hochdruckgas HDG füh­ renden Rohren 9 auf, so gelangt dieses über den Gehäuse­ anschluß 25 an die erste Berstscheibe 27, zerstört diese und zerstört aufgrund der entsprechenden Auslegung auch die zweite Berstscheibe 30. Aufgrund dessen werden beide Fluidfühler 37 und 38 in den Wirkräumen 31 und 32 akti­ viert und beide Ruhestromkreise 39 und 40 ausgelöst.

Das Hochdruckgas HDG wird ebenfalls im Kontrollraum 26 aufgefangen. Gefährdungen sind dadurch ausgeschlossen.

In der Fig. 3 ist mit 43 schematisch ein Kolbenverdich­ ter bezeichnet. Der Kolbenverdichter 43 ist mit einem Druckschalter 17a gekoppelt, der ein Gehäuse 18a mit zwei Gehäuseanschlüssen 25a, 25b aufweist. Der Gehäuseanschluß 25a ist an die Saugseite 44 des Kolbenverdichters 43 und der Gehäuseanschluß 25b an die Druckseite 45 des Kolben­ verdichters 43 über entsprechende Leitungen 46 und 47 an­ geschlossen.

Mit einer solchen Anordnung kann der Differenzdruck zwi­ schen der Druckseite 45 und der Saugseite 44 des Kolben­ verdichters 43 überwacht und dadurch eine Überschreitung der zulässigen Stangenkräfte und Verdichtungsendtempera­ turen verhindert werden.

Der dem Kolbenverdichter 43 zugeordnete Druckschalter 17a weist gemäß Fig. 4 zwei Endflansche 19a, 20a auf. Beide Endflansche 19a, 20a sind mit den Gehäuseanschlüssen 25a, 25b versehen. Zwischen die Endflansche 19a, 20a ist ein Zwischenring 21a eingegliedert. Dieser ist zusammen mit einer Berstscheibe 27a durch Schraubbolzen 23a und Mut­ tern 24a axial verspannt. Durch die Endflansche 19a, 20a und den Zwischenring 21a wird ein Kontrollraum 26a im In­ nern des Gehäuses 18a gebildet. Die Wirkabschnitte 28a, 29a beiderseits der Berstscheibe 27a sind über Kanäle 48, 49 an eine Differenzdruckanzeige 50 angeschlossen. Ferner ist in den Zwischenring 21a ein elektrischer Fluidfühler 51 integriert, der an einen Ruhestromkreis 52 ange­ schlossen ist. Dieser ist wiederum mit einem elektrischen Signalgeber 53 gekoppelt.

Übersteigt der an der Berstscheibe 27a anliegende Diffe­ renzdruck den der Auslegung zugrundegelegten Wert, so birst diese. Dadurch wird der Fluidfühler 51 aktiviert und über den Ruhestromkreis 52 der Verdichterantriebsmo­ tor gestoppt. Gleichzeitig wird über den Signalgeber 53 das Betriebspersonal informiert. Das den erhöhten Diffe­ renzdruck erzeugende Gas kann von der Druckseite 45 auf die Saugseite 44 des Kolbenverdichters 43 überströmen. Dieser einer Berstscheibe 27a eigene Zusatzeffekt bewirkt neben den durch das elektrische Signal des Ruhestromkrei­ ses 52 ausgelösten Maßnahmen eine sofortige Verringerung der kritischen Druckdifferenz.

Die Differenzdruckanzeige 50 erlaubt eine permanente Überwachung des Druckschalters 17a während des Betriebs.

Bezugszeichenliste

1 Doppelrohrsicherheitswärmeübertrager
2 Gehäuse v. 1
3 Zuführstutzen
4 Abführstutzen
5 Schikanen
6 Rohre
7 Boden
8 Boden
9 Rohre
10 Boden
11 Boden
12 Verteilerraum v. 2
13 Sammelraum v. 2
14 Gaszuführstutzen
15 Gasabführstutzen
16 Spalte zw. 6 u. 9
16a Spalt zw. 7 u. 10
17 Druckschalter
17a Druckschalter
18 Gehäuse v. 17
18a Gehäuse v. 17a
19 Endflansch v. 18
19a Endflansch v. 18a
20 Endflansch v. 18
20a Endflansch v. 18a
21 Zwischenring
21a Zwischenring
22 Zwischenring
23 Schraubbolzen
23a Schraubbolzen
24 Muttern
24a Muttern
25 Gehäuseanschluß
25a Gehäuseanschluß
25b Gehäuseanschluß
26 Kontrollraum in 18
26a Kontrollraum
27 Berstscheibe
27a Berstscheibe
28 Wirkabschnitt
28a Wirkabschnitt
29 Wirkabschnitt
29a Wirkabschnitt
30 Berstscheibe
31 Wirkraum
32 Wirkraum
33 Kanal
34 Manometer
35 Kanal
36 Manometer
37 Fluidfühler
38 Fluidfühler
39 Ruhestromkreis
40 Ruhestromkreis
41 Signalgeber
42 Signalgeber
43 Kolbenverdichter
44 Saugseite v. 43
45 Druckseite v. 43
46 Leitung zw. 44 u. 25a
47 Leitung zw. 45 u. 25b
48 Kanal
49 Kanal
50 Differenzdruckanzeige
51 Fluidfühler
52 Ruhestromkreis
53 Signalgeber
PF Richtung Druckabfall
HDG Hochdruckgas
HW Heizungswasser.

Claims (10)

1. Anordnung zur elektrischen Signalisierung einer in einem zu überwachenden Druckraum (16; 44, 45) sich bildenden unzulässigen Druckänderung, die ein mit dem Druckraum (16; 44, 45) verbundenes druck- bzw. vaku­ umfestes, hermetisch dichtes Gehäuse (18, 18a), einen Ruhestromkreis (39, 40; 52) und einen mit dem Ruhe­ stromkreis (39, 40; 52) gekoppelten, ein Signal aus­ lösenden elektrischen Geber (41, 42; 53) umfaßt, bei der im Gehäuse (18, 18a) ein durch eine Berstscheibe (27, 30; 27a) in zwei Wirkabschnitte (28, 29; 28a, 29a) unterteilter Kontrollraum (26, 26a) vorgesehen ist, wobei ein Wirkabschnitt (28, 28a) über einen Ge­ häuseanschluß (25, 25a) mit dem Druckraum (16; 44, 45) in Verbindung steht und in den anderen Wirkab­ schnitt (29, 29a) ein an den Ruhestromkreis (39, 52) angeschlossener elektrischer Fluidfühler (37, 51) integriert ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der den Fluidfühler (37, 51) aufweisende Wirkabschnitt (29, 29a) mit einer Druckanzeige (34) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wirkabschnitte (28a, 29a) über Gehäuseanschlüsse (25a, 25b) an den zu überwachenden Druckraum (16; 44, 45) sowie an eine Differenzdruckanzeige (50) angeschlossen sind.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Fluidfühler (37) aufweisende Wirkabschnitt (29) durch eine weitere Berstscheibe (30) in zwei Wirkräume (31, 32) untergliedert ist, wobei in beiden Wirkräumen (31, 32) an je einen Ruhestromkreis (39, 40) angeschlos­ sene Fluidfühler (37, 38) vorgesehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wirkraum (31, 32) an eine Druckanzeige (34, 36) angeschlossen ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkabschnitte (28, 29; 28a, 29a) mit einem unter Druck stehenden inerten Gas gefüllt sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Berstscheibe (27, 27a, 30) aus einem nicht dehnbaren Material besteht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18, 18a) zwei Endflansche (19, 20; 19a, 20a) aufweist, zwischen denen jede Berstscheibe (27, 30; 27a) sowie jeder Fluidfühler (37, 38; 51) mittels Schraubbolzen (23, 23a) und Muttern (24, 24a) einge­ spannt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der atmosphärische Druck ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht dehnbare Material Graphit ist.