Dichtheitstest für einen Wärmeofen

Andreas Vogt

Problemstellungen der täglichen Praxis erfordern häufig mehr oder weniger komplexe Berechnungen. Um die Aufgaben schnell, effektiv und ökonomisch zu lösen, benötigt der Anlagenplaner ausgereifte Standardsoftware.

Conval bietet ein umfassendes Angebot an Berechnungsmodulen, das von der Auslegung und Berechnung von Stellventilen, Wirkdruckgebern, Lochscheiben über Rohrleitungsberechnungen wie Druckverlust, Druckstoß, Wanddicken, Stützweiten, Kompensation etc. bis hin zu Wärmetauschern, Kondensatoren, Verdampfern oder auch Sicherheitsventilen geht. Darüber hinaus verfügt das Softwarepaket über umfangreiche Datenbanken, die ein Suchen von berechnungsrelevanten Informationen weitgehend minimiert.

Unter anderem steht eine Stoffdatenbank mit über 900 Stoffen bereit, auf deren Basis das Programm druck- und temperaturabhängige Stoffeigenschaften wie die Betriebsdichte, den Siededruck etc. ermitteln kann. Weiterhin sind umfangreiche Herstellerdatenbanken für Kenndaten von Ventilen und Sicherheitsventilen, Berechnungsdaten über das Temperaturverhalten von Rohrleitungswerkstoffen und vieles mehr standardmäßig enthalten.

Mit Conval lassen sich die unterschiedlichsten Aufgaben bewältigen. Als Beispiel soll hierfür ein Dichtheitstest für einen Wärmeofen mit 80 Einzelbrennern dienen, dessen Versorgung mit Heizgas in Abbildung 1 schematisch dargestellt ist. Zwar ist die Berechnung der einzelnen Rohrleitungsvolumina und die Summierung des Gesamtvolumens der Rohrleitungen zwischen Gasventil und den Einzelventilen durchaus noch per Hand schnell geschehen, doch wird die Berechnung des kv-Wertes der Handventile ohne Hilfsmittel schon wesentlich aufwendiger. Aufgabenstellungen wie die Be- oder Entspannungszeit der Rohrleitung oder den Druck nach einer bestimmten Zeitspanne festzulegen, sind ohne entsprechende Softwarewerkzeuge zu komplex.

Grundsätzlich muß für einen Wärmeofen gewährleistet sein, daß beim Zünden des ersten Brenners kein zündfähiges Gas-Luft-Gemisch im Ofen vorhanden ist. Um herauszufinden, ob alle 80 Einzelventile auch tatsächlich geschlossen sind, wurde ein Dichtheitstest konzipiert. Zuerst wird mit dem Dimensionierungsmodul von Conval das zu bespannende Gesamtvolumen der Rohrleitungen zwischen den Ventilen ermittelt und dann mit der Behälterbespannungsberechnung die Zeitspanne zum aufdrücken auf den Nenndruck festgestellt. Das Heizgas ist in diesem Fall Methan und steht über ein Gasventil DN 100, kv 80 mit einem Vordruck von 6,3 barabs zur Verfügung.

Nach der Berechnung ergeben sich die Rohrleitungsvolumina für das Fallbeispiel wie folgt:

DN Länge Volumen

Im ersten Schritt wird nun versucht, das Rohrleitungssystem zwischen dem Gasventil und den 80 Einzelventilen auf den Nenndruck 6,3 bar aufzudrücken. Gelingt dies nicht, sind mehrere Einzelventile offen. In dem speziellen Fall des Wärmeofens ermittelt die Software eine Zeit von ca. 3 s, um diesen Druck bei absolut dichtem System zu erreichen (Abb. 2). Gelingt dies also nicht innerhalb von zehn Sekunden, sind mit Sicherheit mehrere Einzelventile offen.

Im nächsten Schritt ermittelt Conval, auf welchen Druck das System in einem bestimmten Zeitraum abfallen wird, wenn nur ein Ventil offen ist. Da der kv-Wert der Brennerventile (Kugelhähne mit Handbetätigung) nicht bekannt ist, muß er zuerst berechnet werden. Betrachtet man solch ein Ventil als nicht scharfkantige Lochscheibe, so errechnet sich der kv-Wert mit der Lochscheibenberechnung für den Öffnungsdurchmesser von 15 mm annähernd als ca. 6,9 m³/h (siehe Abb. 3).

Mit dem zuvor ermittelten kv-Wert läßt sich mit Hilfe der Behälterentspannungsberechnung der Zeitverlauf des Druckabfalls dargestellen. Hierbei wird die Entspannung in die Atmosphäre simuliert, da im Brenner selbst kein Druck aufgebaut wird.

Ist der Druck erreicht worden, wird der Druckabfall über ein Zeitfenster von drei Minuten bei geschlossenem Gasventil gemessen. In diesem Zeitraum sollte der Druck, bedingt durch Leckraten der Ventile, Flansche etc., nicht unter 5 barabs fallen, wenn alle Einzelventile geschlossen sind. Bei nur einem geöffneten Einzelventil fällt der Druck innerhalb einer Minute auf ca. 2,6 barabs (Abb. 4). Sinkt der Druck nicht unter 5 bar, sind alle Einzelventile geschlossen. Somit ist gewährleistet, daß sich nach der Vorbelüftung des Wärmeofens kein gefährliches Gas-Luft-Gemisch bildet.

Bei der Berechnung dieses Beispiels hat die Software die Stoffdatenberechnung für Methan automatisch vorgenommen sowie weitere relevante Werte, wie den XT-Wert für die Ventile, aus seinem Datenbestand vorgeschlagen (Abb. 5).

Weitere Informationen cav-263