Grundlagen zu Druckentlastungsventilen – Federbelastete Sicherheitsventile

Lernen Sie dieses gängige Ventilprodukt zum ersten Mal oder frischen Sie es auf.

Druckentlastungsventile gibt es schon seit Hunderten von Jahren und sie spielen nach wie vor eine sehr wichtige Rolle als letzte Verteidigungslinie zum Schutz von Leben und Eigentum im Falle eines Überdruckereignisses.

Abhängig von Ihrem Fachwissen könnte dieser Artikel ein guter Ausgangspunkt sein, um alles über die Grundlagen von Druckentlastungsventilen zu lernen, oder er könnte eine Auffrischung für diejenigen sein, die ihre Notizen gerne noch einmal prüfen und vergleichen. Dieser Artikel ist der erste einer Serie von drei Artikeln, in denen wir drei Arten von Druckbegrenzungsventilen vorstellen. In diesem ersten Artikel behandeln wir die Funktionsgrundlagen eines federbelasteten Sicherheitsventils. In zukünftigen Artikeln wird sich unser zweiter Teil mit der Funktionsweise eines vorgesteuerten Sicherheitsventils befassen und ein dritter Teil mit der Funktionsweise von Sicherheitsventilen.

Druckbegrenzungsventil (PRV) ist ein Begriff, der eine Kategorie von Ventilen beschreibt, die für den Einsatz in Überdruckschutzanwendungen konzipiert sind. Möglicherweise haben Sie viele verschiedene Begriffe für PRVs gehört: Sicherheitsventil (SV), Überdruckventil (RV), Sicherheitsventil (SRV) oder pilotgesteuertes Sicherheitsventil (POSRV). Sie funktionieren alle ähnlich, sind aber nicht genau gleich, je nachdem, mit wem Sie sprechen und wie gut Sie über Druckbegrenzungsventile wissen. Wie bei jeder anderen Art von Ausrüstung scheint von außen nach innen alles gleich zu sein. Wenn Sie anfangen, etwas tiefer in die Details einzutauchen, werden Sie die Unterschiede entdecken. Kommen wir also gleich zur Sache und gehen wir auf die Details ein. Zuerst werden wir einige Begriffe und Definitionen behandeln und dann im Detail darauf eingehen, wie aFederbelastetes Sicherheitsventilbetreibt.

Überdruckventil (PRV)- ein Gerät, das dazu dient, überschüssigen Druck zu öffnen und abzubauen und dann zu schließen und den weiteren Flüssigkeitsfluss zu verhindern, nachdem die normalen Bedingungen wiederhergestellt wurden.

Überdruckventil (RV)- ein federbelastetes Überdruckventil, das durch den statischen Druck vor dem Ventil betätigt wird. Ein Überdruckventil wird hauptsächlich bei inkompressiblen Flüssigkeiten verwendet.

Sicherheitsventil (SRV)- ein federbelastetes Überdruckventil, das je nach Anwendung entweder als Sicherheits- oder Überdruckventil verwendet werden kann.

Vorgesteuertes-Sicherheitsventil (POSRV)- ein Druckentlastungsventil, bei dem die Hauptentlastungseinrichtung oder das Hauptventil mit einem selbsttätigen -zusätzlichen Druckentlastungsventil, einem sogenannten Pilotventil, kombiniert und von diesem gesteuert wird.

Sicherheitsventil (SV)- ein federbelastetes Überdruckventil, das durch den statischen Druck vor dem Ventil betätigt wird und sich durch schnelles Öffnen oder Knallen auszeichnet. Ein Sicherheitsventil wird normalerweise bei komprimierbaren Flüssigkeiten, hauptsächlich Dampf, verwendet.

Kommen wir nun zum Thema dieses Artikels, nämlich den Betriebsgrundlagen eines federbelasteten Sicherheitsventils (SRV).

Ein federbelastetes SRV besteht aus einer Einlassdüse, die mit einem zu schützenden Behälter oder System verbunden ist, einer Scheibe, die sich bewegt, um den Durchfluss durch die Düse zu steuern, und einer Feder, die steuert, wann das Ventil öffnet und die Position der Scheibe. Das Ventil arbeitet, indem es den Druck des Einlasssystems nutzt, um eine Federlast zu überwinden. Dadurch öffnet sich das Ventil, um eine definierte Kapazität zu entlasten. Wenn das Ventil geschlossen ist, wie in Abbildung 1 dargestellt, widersteht die Federkraft dem Vordruck, der gegen die Sitzflächen wirkt (Bereich A). Wenn der Druck zunimmt, gleicht der Druck an (A) tendenziell die Federkraft aus und der Druck, der die Sitze zusammenhält, nähert sich Null.

Abbildung 1: Geschlossene Position des SRV. Bildnachweis: Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von Baker Hughes

Wenn der Vordruck auf ein bis zwei Prozent des Einstelldrucks des Ventils ansteigt, bewegen sich die Medien an den Sitzflächen vorbei in die Kammer B, wie in Abbildung 2 dargestellt. Die Durchflussbeschränkung in der sekundären Ringöffnung führt dazu, dass sich Druck aufbaut und über eine größere Fläche wirkt, wodurch eine zusätzliche Kraft zur Überwindung der Federkraft entsteht. Die Scheibe bewegt sich dann vom Düsensitz weg und das Ventil öffnet sich.

Abbildung 2: SRV teilweise geöffnet

Sobald das Ventil geöffnet ist, kommt es bei (C) zu einem zusätzlichen Druckaufbau, wie in Abbildung 3 dargestellt. Dies ist auf den plötzlichen Anstieg des Durchflusses und die Einschränkung des Durchflusses durch eine weitere ringförmige Öffnung zurückzuführen, die zwischen der Innenkante des Scheibenhalters und dem Außendurchmesser des Einstellrings gebildet ist. Diese zusätzlichen Kräfte bei (C) bewirken, dass sich die Scheibe beim „Pop“ deutlich anhebt. Der Durchfluss wird durch die Öffnung zwischen Düsensitz und Scheibensitz begrenzt, bis der Scheibensitz etwa ein -Viertel des Düsenhalsdurchmessers vom Düsensitz abgehoben wurde. Nachdem die Scheibe diesen Hubgrad erreicht hat, wird der Durchfluss durch die primäre Öffnung und nicht durch den Bereich zwischen den Sitzflächen eingeschränkt. Die Abschlämmung (Differenz zwischen Öffnungs- und Schließdruck) kann durch Positionierung des einzelnen Einstellrings in Grenzen gesteuert werden. Ein Abblasen wird verursacht, wenn die Federkraft nicht in der Lage ist, die Summe der Kräfte an (A), (B) und (C) zu überwinden, bis der Druck an (A) unter den eingestellten Druck fällt.

Abbildung 3: SRV vollständig geöffnet

Unten, in Abbildung 4, ist der Flüssigkeitsfluss durch das Ventil dargestellt. Es ist wichtig zu erkennen, dass der Systemdruck durch die Düse eintritt und auf einem hohen Druck bleibt, bis er sich durch die sekundäre ringförmige Öffnung ausdehnt. Der Druck hinter der sekundären ringförmigen Öffnung ist viel niedriger als der Systemdruck.

Abbildung 4: Strömungsweg durch PRV

Merkmale

Einstellring

Der Einstellring in einem Sicherheitsventil wird vor der Inbetriebnahme des Ventils auf vorgegebene Positionen eingestellt. Durch die Voreinstellung ist es weniger notwendig, das Ventil im Betrieb zu öffnen, um sicherzustellen, dass der Ring richtig eingestellt ist, um die erforderliche Hub- und Entlastungskapazität zu erreichen.

Einfache Einstellung der Abschlämmung

Ein einzelner Einstellring regelt den Abblase- oder Rücksetzdruck in einem Sicherheitsventil. Wenn der Ring nach oben bewegt wird, wird die Abblasemenge erhöht (wodurch der Rücksetzdruck gesenkt wird), und wenn er nach unten bewegt wird, wird die Abblasemenge verringert (wodurch der Rücksetzdruck erhöht wird). Wenn Ventile im Vergleich dazu über zwei oder mehr Einstellringe verfügen, beeinflusst jeder davon sowohl die Ventilwirkung als auch die Abschlämmung.

Gängige Branchen und Anwendungen

Spring-geladene SRVs sind in vielen Branchen zu finden. Zu den gängigen Branchen zählen die Stromerzeugung, Raffination, Petrochemie, Chemie, Midstream-Öl und -Gas, Upstream-Öl und -Gas sowie Zellstoff und Papier. Zu den gängigen Anwendungen für federbelastete SRVs gehören Destillation, Hydroverarbeitung, Reformierung, Cracken, Mischen, Fraktionieren, Beschickungsgaskomprimierung, Trennung, Komprimierung, Pipeline-Integrität, Dehydrierung und Anlagenbilanzanwendungen für Gase, Flüssigkeiten und zweiphasige Anwendungsmedien.

Der Betrieb eines federbelasteten SRV ist im Prinzip einfach und umfasst nur wenige Elemente, die seine Funktion steuern. Über SRVs kann noch viel mehr besprochen werden, z. B. über die Trimmarten, ihre Funktionsweise und den Einsatz bestimmter Trimmungen, aber vorerst bleiben wir nur bei den grundlegenden SRV-Betriebsprinzipien. Suchen Sie nach zukünftigen Artikeln zum Betrieb von pilotgesteuerten Sicherheitsventilen und Sicherheitsventilen.