In den letzten Jahren fanden große Entwicklungen in der Sicherheitstechnik statt. Ausgefeilte elektronische und pneumatische Sicherungs- und Kontrollsysteme, die nur von Spezialisten bedient und gewartet werden können, etablierten sich. In Vergessenheit geraten ist dabei bei manchen Betreibern die Berstscheibe: mechanisch, ausfallsicher und zuverlässig. Was Berstscheiben zu einem zentralen Element der Prozesssicherheit macht und welche Berstscheibentypen und Signalisierungen zur Verfügung stehen, veranschaulicht dieser Beitrag.
Berstscheiben sind im Gegensatz zu elektronischen und pneumatischen Systemen zu 100 % ausfallsicher. Einbau, Bedienung und Wartung sind relativ einfach. Lange vorbei die Zeiten, in denen der Ansprechdruck nicht genau definiert werden konnte. Hochwertige Berstscheiben, gefertigt mit modernsten Maschinen und Verfahren, ermöglichen heute eine Definition des Ansprechdrucks mit engsten Toleranzen. Arbeitsdrücke von bis zu 98 % des minimalen Ansprechdrucks sind möglich. Eine Vielfalt von verschiedenen Herstellverfahren liefern für jede Anwendung die passende Berstscheibe. Je nach Prozess und eingesetztem Medium ist der Einsatz einer Berstscheibe als alleinstehende Sicherungsmaßnahme oder in Kombination mit einem Sicherheitsventil äußerst sinnvoll.
In Kombination mit Sicherheitsventil
Durch die Kombination von Sicherheitsventil und Berstscheibe werden die Vorteile beider Systeme deutlich, so z. B. bei zähflüssigen, klebrigen Materialien oder bei Gasen, die eine absolute Dichtheit erfordern. Die Berstscheibe schützt das Sicherheitsventil vor Verklebungen und Ablagerungen und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit und reduziert den Wartungsaufwand. Im Falle eines unzulässigen Drucks sprechen die Berstscheibe sowie das Sicherheitsventil an und das Sicherheitsventil schließt den Prozess wieder. Ein weiteres Austreten des Prozessmediums wird somit verhindert. Ob in Kombination oder alleine, Berstscheiben bilden die zuverlässigste und wirtschaftlichste Form der Druckabsicherung. Elektronik und Pneumatik können versagen, Berstscheiben nicht. Durch das Öffnen der Berstscheibe werden nicht nur Menschenleben und komplette Anlagen geschützt, sondern auch der wirtschaftliche Fortbestand der Unternehmen gewährleistet.
Flach oder gewölbt
Hochwertige Berstscheiben sind kein Standard, sie werden individuell nach den Anforderungen des jeweiligen Prozesses gefertigt. Wie bei anderen Sicherheitseinrichtungen gilt auch hier: Selbst wenn die Bedienung keine Expertise erfordert, so muss die Entwicklung und Produktion von Experten durchgeführt werden. Aufgrund der Diversität der Prozessanforderungen in den verschiedenen Industrien ist dies nur mit jahrelanger Erfahrung möglich.
Für Prozesse mit eher geringen Anforderungen werden oft flache Berstscheiben eingesetzt, die direkt zwischen Flanschen installiert werden können. Diesen Ausführungen gegenüber stehen die gewölbten Berstscheiben, wiederum unterteilt in zugebelastete und druckbelaste (Umkehr-Berstscheiben) Berstscheiben.
Die Wölbung zugebelasteter Berstscheiben ist dem Prozess abgewandt, die Wölbung von Umkehrberstscheiben ist dem Prozess zugewandt. Umkehrberstscheiben erlauben, je nach Hersteller, wesentlich höhere Arbeitsdruckverhältnisse und damit eine bessere Auslastung des Gesamtsystems.
Einige wenige Hersteller bieten auch sogenannte Zwei-Wege-Berstscheiben an. Sie kombinieren die Funktionsprinzipien zweier Berstscheiben in einer: In die eine Richtung agiert die Berstscheibe zug-, in die andere Richtung druckbelastet. Das ermöglicht ein Ansprechen bei zwei unterschiedlich definierten Druckwerten in Über- und Unterdruckrichtung. Diese Berstscheiben werden vorrangig zur Absicherung von Lagertanks eingesetzt.
Signalisierungen ergänzen sinnvoll
Berstscheiben können je nach Bedarf und vorliegenden Prozessbedingungen mit Signalisierungen ausgestattet werden. Spricht die Berstscheibe an, leitet die Signalisierung ein Signal an das angeschlossene Prozessleitsystem. Automatisierte Prozesse können so z. B. das Abschalten der Anlage veranlassen.
Integriert, nachrüstbar, nicht-invasiv, mittels Näherungsinitiator oder Glasfaser – es existiert eine Vielzahl von Möglichkeiten, Berstscheiben mit Signalisierungen auszustatten. Integrierte Signalisierungen werden bereits bei der Produktion der Berstscheibe fest mit dieser verbunden. So wird beispielsweise ein Reißkabel an der Berstscheibe befestigt. Wird der Ruhestromkreis durch das Ansprechen der Berstscheibe und gleichzeitigem Abreißen des Kabels unterbrochen, wird dem verbundenen System ein Ansprechen der Berstscheibe signalisiert.
Über den Anschluss an einen eigensicheren Ruhestromkreis besteht ebenfalls die Möglichkeit, separate Signalisierungsmembranen oberhalb der Berstscheibe zu installieren, die bei einem Ansprechen durch den Druck des austretenden Prozessmediums zerstört werden und ein Signal abgeben. Solche Signalisierungsmembrane und alle anderen bisher dargestellten Signalisierungs-Typen können allerdings nur dort eingesetzt werden, wo auch niedrige elektrische Ströme kein Sicherheitsrisiko darstellen. Eine Alternative bieten faseroptische Überwachungen wie FOS: speziell entwickelt für den Einsatz bei hochkorrosiven Bedingungen und in Gefahrenbereichen, die auch keine niedrigen elektrischen Ströme erlauben. Eine Glasfaser, kleiner 250 µm, zerreißt beim Ansprechen. Der Lichtleiter wird so unterbrochen und die nachgeschaltete Auswerteeinheit sendet ein Signal.
Zur Nachrüstung bestehender Berstscheiben-Installationen eignen sich vor allem Signalisierungen wie BIRD. Eine in einem Keramikelement integrierte Leiterbahn, die beim Ansprechen der Berstscheibe unterbrochen wird. Diese Signalisierungen können, je nach Hersteller, Temperaturen von bis zu +400 °C standhalten.
Unter anderem zur Überwachung von Zwei-Wege-Berstscheiben werden bevorzugt Näherungsinitiatoren eingesetzt. Diese induktive, eigengesicherte Überwachung erfasst metallische Objekte wie Berstscheiben bis zu einem Abstand von 100 mm. Hochwertige Näherungssensoren können unter anderem an einer Herstellung gemäß Namur (DIN EN 60947-5-6) identifiziert werden.
Nicht-invasive Signalisierungen
Für Prozesse, bei denen eine sehr hohe Dichtigkeit erforderlich ist, sind nicht-invasive Signalisierungen besonders gut geeignet. Durch eine Kombination eines Reed-Kontakts und eines Magneten kann der Prozess völlig dicht gehalten werden bei gleichzeitig absolut sicherer Überwachung. Diese Überwachungssysteme bestehen aus zwei Komponenten: einem Sensor, bestehend aus einem Reed-Kontakt, der mit einer Sacklochbohrung im Berstscheibenhalter eingeschraubt und einem Magnet, der auf der Berstscheibe installiert wird. Da der Sensor durch den Halter vom Prozess getrennt ist, wird eine potenzielle Leckage nach Ansprechen der Berstscheibe vermieden, die beispielsweise bei integrierten Signalisierungen über die durchgehende Verschraubung entstehen können. Spricht die Bertscheibe an, verändert sich der Abstand zwischen Magnet und Sensor, der eigensichere Ruhestromkreis am Sensor wird unterbrochen und ein Signal ausgelöst. Anschließend muss lediglich die Berstscheibe ausgewechselt werden, der Sensor kann weiter im Halter verbleiben.
Halle 5, Stand K2
www.prozesstechnik-online.deSuchwort: cav1015rembe
Dr.-Ing. Stefan Rüsenberg
Team Leader Technical Sales,
Rembe
Die Vorteile von Berstscheiben auf einen Blick
Kurz und Bündig
- Bessere Reaktion auf plötzliche Druckanstiege als alternative Schutzsysteme durch schnellere Öffnungszeiten (i.d.R. 4 ms) und Entlastung durch volle Querschnittsfreigabe, damit unzulässiger Druck schneller entweichen kann
- 100-prozentige Isolierung der Betriebsmedien, keine Leckagen bis zum Öffnen (Bersten) der Berstscheibe
- Speziell bei größeren Durchmessern bieten Berstscheiben einen erheblichen Gewichtsvorteil
- Berstscheiben zum Einsatz in korrosiven Medien sind deutlich günstiger als Sicherheitsventile. Durch Auswahl einer einfacheren Werkstoffauswahl für das Sicherheitsventil, ist die Kombination Sicherheitsventil mit Berstscheibe meist günstiger für den Betreiber. Hochwertige Sicherheitsventile werden so durch Berstscheiben geschützt, was die Lebensdauer des Sicherheitsventils erheblich erhöht
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