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Ein unschlagbares Team

Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitsventil
Ein unschlagbares Team

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Die Kombination eines Sichheitsventils mit einer weiteren Druckabsicherung, der Berstscheibe, scheint auf den ersten Blick „doppelt gemoppelt“. Bei näherer Betrachtung ist dies jedoch eine äußerst sinnvolle und vor allem wirtschaftliche Lösung für eine Vielzahl von Anwendungen. Die Berstscheiben erhöhen die Lebensdauer der Sicherheitsventile, stellen absolute Dichtigkeit sicher und reduzieren die Aufwendungen für Anschaffung sowie Instandhaltung.

Sicherheitsventile haben einen unschlagbaren Vorteil: nach dem Entlasten des unzulässigen Drucks schließen sie umgehend und je nach Anwendung kann die Produktion ohne Verzögerung fortgesetzt werden. Nachteilig können jedoch hohe Kosten für die Anschaffung und die regelmäßige Wartung oder auch die Notwendigkeit teurer Materialien zur Herstellung, aufgrund von strengen Vorgaben, z. B. innerhalb der TA Luft, sein. Erstrebenswert ist daher eine Lösung, die den Einsatz von günstigeren Ventilen, gefertigt aus preiswerteren Materialien, ermöglicht. Ebenfalls vorteilhaft wäre die Möglichkeit für In-situ-Tests, also eine Wartung und Funktionsprüfung des Sicherheitsventils ohne Ausbau. Rembe hat für diese Anforderungen eine Lösung entwickelt. Hochwertige, speziell für die Kombination mit einem Sicherheitsventil entwickelte Berstscheiben wie die KUB V erlauben die Nutzung aller Vorteile eines Sicherheitsventils und gleichen dabei die möglichen Nachteile wie hohe Kosten für Beschaffung und Instandhaltung aus. Wie bei einem Sicherheitsventil besteht auch die Aufgabe einer Berstscheibe darin, bei einem definierten Druck zu öffnen und damit unzulässigen Über- oder Unterdruck innerhalb eines Prozesses zu verringern. Bei einer Berstscheibe handelt es sich um eine nicht wieder schließende Sicherheitseinrichtung, die nach dem Ansprechen ausgetauscht werden muss.

Absolut dicht
Die TA Luft definiert vor allem bei toxischen Medien höchste Dichtigkeitswerte für die eingesetzten Sicherheitssysteme. Auch bei nicht toxischen, aber wertvollen Medien haben Betreiber ein ureigenes Interesse an vollständiger Dichtigkeit. Hochwertige Berstscheiben erfüllen genau diese Anforderung und das ohne die hohen Kosten, die ein Sicherheitsventil verursacht, um absolut leckagefrei über einen langen Zeitraum zu funktionieren. Umkehrberstscheiben wie die KUB V zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Wölbung zum Prozess hin zeigt. Dadurch kann ein hohes Arbeitsdruckverhältnis realisiert werden, auch die Vakuumbeständigkeit ist wesentlich höher als bei zugbelasteten Berstscheiben, deren Wölbung vom Prozess weg zeigt. Das höhere Arbeitsdruckverhältnis erlaubt es Betreibern, ihren Prozess unter höherer Last zu fahren, was bei manchen Herstellverfahren gleichbedeutend ist mit einem höheren Output. Die Modelle KUB und KUB V erlauben ein Arbeitsdruckverhältnis von bis zu 98 % je nach Prozess und Anwendung. Durch die patentierten Knickstäbe, also die Sollbruchstellen der KUB, und weitere Besonderheiten innerhalb des Herstellverfahrens erhält der Betreiber eine äußerst robuste Berstscheibe, die auch nach einem Ausbau, einer Reinigung oder Inspektion wieder verwendet werden kann. Die dem Prozess zugewandte, glatte Metalloberfläche zeigt keine Kavitäten und erlaubt u. a. den Einsatz in sterilen und aseptischen Anwendungen. Die Metall-auf-Metall-Dichtung gewährleistet sehr niedrige Leckageraten. Der Einsatz von Berstscheiben vor dem Sicherheitsventil erhöht also die Dichtigkeit des Prozesses.
Einsatz in schwierigen Medien
Sicherheitseinrichtungen werden durch klebrige, polymerisierende oder zähflüssige Medien in ihrer Funktion und Zuverlässigkeit mehr oder weniger stark beeinträchtigt. Das gilt auch für Sicherheitsventile. Ist der Ventilsitz verklebt, kann der definierte Ansprechdruck nicht mehr garantiert werden. Dieses Risiko besteht bereits vor dem ersten Ansprechen, weshalb Reinigungen und Inspektionen in kurzen Abständen notwendig sind, um im Ernstfall das Ansprechen bei vorgesehenem Druck zu gewährleisten. Ist dem Sicherheitsventil eine Berstscheibe vorgeschaltet, verhindert sie Anbackungen und Verklebungen. Am Beispiel der KUB V verhindert die glatte, dem Prozess zugewandte Metalloberfläche jegliches Anhaften. Die Knickstäbe sind, ebenso wie das Sicherheitsventil, vor dem Prozessmedium geschützt, die Beibehaltung des Ansprechdrucks ist sichergestellt und der vorhandene Totraum wird gleichzeitig reduziert.
Bei Medien mit Feststoffanteilen verhindert die vorgeschaltete Berstscheibe ein Verkeilen von Partikeln im Ventilsitz. Somit werden Wartungsintervalle und Reinigungszyklen des Sicherheitsventils verlängert, notwendige Reinigungen sind einfacher durchzuführen.
Eine der größten Raffinerien Deutschlands mit einem Output von mehr als 14 Mio. t/a setzt bereits auf die Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitsventil: Da das Rohöl von Natur aus Fremdpartikel enthält, die die Funktionsfähigkeit des Sicherheitsventils beeinträchtigen, wurden alle Ventile nachträglich mit Berstscheiben ausgestattet und die Wartungsintervalle so um das Dreifache verlängert.
Bei Einsatz von korrosiven Medien verspricht die Kombination ebenfalls einen wirtschaftlichen Vorteil. Werden zum Schutz vor unzulässigen Drücken Sicherheitsventile eingesetzt, stehen diese im Kontakt zum korrosiven Medium. Demnach müssen sie ausgekleidet oder aus teuren Materialien hergestellt werden. Die Kombination mit einer Berstscheibe, die als produktberührende Druckentlastungseinrichtung aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt ist, ist eine günstige Alternative. Da das Sicherheitsventil nur im Ansprechfall mit dem Medium in Berührung kommt, kann es aus weniger korrosionsbeständigen und damit günstigeren Materialen gefertigt werden.
Wartung und Inspektion
Sollte doch eine Wartung notwendig sein, kann diese im eingebauten Zustand erfolgen. Das Vorgehen bei einem In-situ-Test ist schnell erklärt: Der Raum zwischen Berstscheibe und Sicherheitsventil wird bis zum Ansprechen des Ventils mit Druck beaufschlagt. Berstscheiben, die speziell für die Kombination mit einem Sicherheitsventil entwickelt sind, weisen deshalb eine besonders hohe Rückdruckbelastbarkeit auf. Im Fall der KUB V beträgt diese 135 % des definierten Berstdrucks.
Besonders in großen Konzernen gibt es unter Umständen Vorschriften, die den Ausbau eines Sicherheitsventils zur Wartung und Inspektion zwingend erfordern. Diese Vorschriften können durch den Einbau einer Berstscheibe natürlich nicht umgangen werden. Es kommt aber bereits vor, dass die Unternehmen diese Vorschrift mit einem Zusatz versehen, der eine Ausnahme bei der Kombination beider Systeme erlaubt. Hauptgrund dafür sind die dadurch realisierbaren Kosteneinsparungen.
Sollte ein Ausbau des Sicherheitsventils zur Wartung und Inspektion dennoch gewünscht sein, kann die Berstscheibe bei Montage in einer separaten Flanschverbindung als Verschluss der Öffnung in Ihrer Einbaustelle verbleiben. Eine potenzielle Kontamination des Produkts wird damit vermieden. Auch Berstscheiben müssen regelmäßig gewartet werden. Je nach Ausführung und Modell ist ein jährlicher Wechsel oder aber nur eine optische Inspektion notwendig. Beides kann zumeist durch eigenes Personal erfolgen und ist verhältnismäßig schnell erledigt.
Normgerechter Einbau
Die Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitsventil wird in einigen gängigen Normen, z. B. in der DIN EN ISO 4126–3 oder in den AD2000-Merkblättern A1 und A2 behandelt. Um eine Beeinträchtigung der Funktion des Sicherheitsventils durch die Berstscheibe zu verhindern, empfiehlt sich der Einsatz fragmentationsfreier Berstscheiben. Bei fragmentierenden Berstsicherungen sind geeignete Maßnahmen wie beispielsweise Fangkörbe oder konstruktive Maßnahmen notwendig, die sicherstellen, dass Fragmente das Sicherheitsventil nicht unwirksam machen. Außerdem sollte der Abstand zwischen Berstsicherung und Sicherheitsventil möglichst kurz sein, um den Druckverlust durch eine mögliche Rohrleitung so gering wie möglich zu halten. Jedoch ist der Abstand so groß zu wählen, dass ein sicheres und zuverlässiges Öffnen der Bersteinrichtung gewährleistet ist. Der Gesamtdruckverlust bis zum Eintritt des Sicheritsventils muss bei 3 % des Ansprechdrucks liegen. Einflussparameter auf den Druckverlust sind beispielsweise der Durchmesser und die Länge der Eintrittsrohrleitung, der Reibungsverlust der Eintrittsrohrleitung sowie weitere relevante Komponenten, z. B. Rohrbögen oder Reduzierstücke. Es bestehen unterschiedliche Möglichkeiten, um den Druckverlust zu berücksichtigen. Nach AD2000-Merkblatt A1 ist „der Druckverlust auf Teile des Berstelements, die nach dem Ansprechen in der Einspannvorrichtung verbleiben, […] berücksichtigt, wenn der Querschnitt der Einspannvorrichtung der nachfolgenden Bedingung entspricht und das Berstelement direkt vor dem Sicherheitsventil montiert ist: Ageom · α  1,5 · A0 · αw
  • Ageom: geometrischer Querschnitt des Berstelements (Querschnittsverengung, z. B. durch Schneidvorrichtungen oder nicht zerstörbare Vakuumstützen sind berücksichtigt; Verunreinigungen, z. B. durch Teile des Berstelements, die nach dem Ansprechen in der Berstsicherung verbleiben, sind nicht berücksichtigt)
  • α: Ausflussziffer […][der Berstscheibe]
  • A0: engster Strömungsquerschnitt des Sicherheitsventils
  • αw: Ausflussziffer des Sicherheitsventils [AD2000-Merkblatt A1, Absatz 5.4.2.2]
Alternativ dazu gibt es auch die Möglichkeit, für die Kombination aus Berstscheibe und Sicherheitrsventil eine einzige Ausflussziffer mittels Versuch zu bestimmen (siehe dazu AD2000-Merkbaltt A1, Absatz 5.4.2.3)
Bei der Kombination ist es notwendig, eine besondere Einrichtung (z. B. freier Abzug, Alarmmanometer, Entspannungsventileinheit, o. ä.) vorzusehen, die eine Druckänderung im Zwischenraum erkennt. Ein möglicher Gegendruck im Zwischenraum beeinflusst den Ansprechdruck der Berstsicherung bzw. des Ventils und damit die zuverlässige Funktion der Druckentlastungseinrichtung. Eine probate Lösung stellt eine Entspannungsventileinheit mit angeschlossenem Druckschalter dar. Die Entspannungsventileinheit verhindert einen unzulässigen Druckaufbau im Zwischenraum. Beim Ansprechen der Berstscheibe schließt das Entspannungsventil und der Druckschalter signalisiert ein Ansprechen der Berstscheibe. Neben der Anordnung Berstscheibe vor Sicherheitsventil besteht die Möglichkeit, beide Druckentlastungseinrichtungen parallel anzubringen. Das Ventil sichert dann die üblichen Betriebsdrücke ab und die Berstscheibe spricht nur an, wenn das Sicherheitsventil versagt oder die Durchsatzleitung nicht ausreicht, um das Produkt/den Druck abzuführen.
Halle 3, Stand 207

Dr. Stefan Rüsenberg
Team Leader Technical Sales, Rembe
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